Автореферат (1149768), страница 3
Текст из файла (страница 3)
L., Levashov V. Yu. et al, J. Chem. Phys.A., Physica A. 387, 4163–4182 (2008).12139,состояния034317 (2013).продукта реакции в компонентах воздуха. Полученная модель обеспечиваетхорошеесогласованиесрезультатамиквазиклассическихтраекторныхрасчетов. Также установлено, что, в отличие от моделей диссоциации,моделискоростиобменныххимическихчувствительны к выбору параметра.реакцийсущественноХорошее согласование в данномслучае достигается при использовании значения = ∞,кусочно-непрерывнойзначительнофункции,чтоменеепозволилоа не сложнойупроститьитоговый вид формулы без потери точности вычислений:⎧(︁ 2 )︁⎪exch2⎨ ( ) eq, exp , < a, ,exch(︁ )︁2 (),NO(k) ( ) =⎪exch2⎩ ( ) eq,> a, ,exp a, , (︂)︂a,exch,eq,= exp −)︃]︃−1[︃(︃2∑︁−a,vibr ( ) = ( ) * + 1 +exp,2* +1здесь2символизируетЗельдовича,энергия*превышающееилиO2из(10)(11)соответствующейреакцииобозначает последний колебательный уровень молекулы,которогоколебательногоN2(9)меньшеуровняэнергиюэнергииактивации,выбираетсявкачествемаксимальноецелоепоследнегочисло,не , a, — энергия активации сNO, — корректирующая функциядиссоциацииучетом колебательного состояниядля коэффициента A, зависящая от колебательного уровня молекулы NO,2— величина колебательной энергии соответствующего колебательногоуровня молекулы2 .Даны рекомендации по выбору параметров в законеАррениуса, зависящих от колебательного уровня реагента.Нарис.5представленосравнениерезультатов,полученныхпопредложенной в диссертации формуле, с данными траекторных расчетов.Легко видеть их хорошее согласование для всех колебательных уровнейпродукта реакции.НапоосновеполученнойраспределениюмодифицированнойБольцманабылипоуровневойрассчитанымодели,многотемпературныекоэффициенты скорости обменной реакции.
Расчеты проводились длядвухслучаев:первый—впредположении,чтоNOнаходитсявосновном колебательном состоянии, второй — учитывающий возбужденныесостояния NO. Полученные результаты сравнивались с широко известноймоделью Парка. Установлено, что учет колебательного состояния продуктареакцииприводитксущественномуувеличениюдвухтемпературныхкоэффициентов скорости обменных реакций (до полутора-двух порядков).13T = 5 0 0 0 K3k i, m1 E -1 6/sT = 1 5 0 0 0 KN 2 ( i) + O = N O ( k ) + N3k i, m1 E -1 7N 2 ( i) + O = N O ( k ) + N/s1 E -1 71 E -1 81 E -1 91 E -2 01 E -1 81 E -2 1M o d eM o d eM o d eM o d eS te llaS te llaS te llaS te lla1 E -2 21 E -2 31 E -2 41 E -2 51 E -2 61 E -2 7l, kl, kl, kl, kr, kr, kr, kr, k= 0= 1 0= 4 0= 0= 5= 1 0= 4 01k i, m1 E -1 53234567891 E -1 91 E -2 0ε, e V1 E -2 801 00T = 5 0 0 0 KO 2 ( i) + N = N O ( k ) + O/sM o d eM o d eM o d eM o d eS te llaS te llaS te llaS te lla= 51k i, m1 E -1 61 E -1 632345678l, kl, kl, kl, kr, kr, kr, kr, k9= 0= 5= 1 0= 4 0= 0= 5= 1 0= 4 0ε, e V1 0T = 1 5 0 0 0 KO 2 ( i) + N = N O ( k ) + O/s1 E -1 71 E -1 71 E -1 81 E -1 81 E -1 91 E -1 91 E -2 01 E -2 11 E -2 0M o d eM o d eM o d eM o d eS te llaS te llaS te llaS te lla1 E -2 21 E -2 31 E -2 41 E -2 51 E -2 61 E -2 71 E -2 8l, kl, kl, kl, kr, kr, kr, kr, k= 0= 1 0= 4 0= 0= 5= 1 0= 4 01 E -2 21 E -2 31 E -2 41 E -2 51 E -2 91 E -3 0012345M o d eM o d eM o d eM o d eS te llaS te llaS te llaS te lla1 E -2 1= 5ε, e Vl, kl, kl, kl, kr, kr, kr, kr, k1 E -2 6012345= 0= 5= 1 0= 4 0= 0= 5= 1 0= 4 0ε, e VРис.
5. Поуровневые коэффициенты скорости реакции N2 +O как функции отколебательной энергии N2 (верхние графики) и реакции O2 +N как функции отколебательной энергии O2 (нижние графики) для различных колебательных уровнейNO. Сравнение данных Stellar и представленной модели.Втожевремя,незначительная,зависимостьособеннодляотколебательнойстолкновенийтемпературымолекулярногокислорода(рис. 6).k i, m1 03/s-1 6T = 1T = 1T = 5T = 5T = 1T = 1T = 1T = 11 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 05 0 05 0 0K , kK , kK , kK , k0 K ,0 K ,0 K ,0 K ,= 0= a ll= 0= a llk = 0k = a llk = 0k = a ll-1 7T v , K02 0 0 04 0 0 06 0 0 08 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 2 0 0 0 0Рис.
6. Двухтемпературные коэффициенты скорости обменных реакций длястолкновений O2 +N как функции от колебательной температуры для различныхтемператур с учетом и без учета колебательного состояния NO.Стоит также отметить, что простая модель Парка достаточно хорошосогласуется с полученными результатами для высоких температур.14ВГлаве 3представлены результаты моделирования различных задачнеравновесной газовой динамики (пространственно-однородная релаксациябинарных смесей, поуровневая кинетика воздушной смеси за ударнойволной, многотемпературная кинетика за ударной волной в бинарныхсмесях) с использованием моделей, разработанных в диссертации.Для задачи о пространственно-однородной колебательно-химическойрелаксации смесей O2 /O и N2 /N при сильнонеравновесных начальныхусловиях показано, что использование представленной в работе моделиведет к более эффективному процессу диссоциации в сравнении с обычно = /(6) илирезультаты, чем =используемыми параметрами модели Тринора-Маррона = 3 .
Параметр = 3 дает более точные/(6), для большинства температур, но все же наблюдаютсяотличия отрезультатов, полученных по обобщенной формуле, особенно при высокихтемпературах.В результате исследования поуровневой кинетики за ударной волной,показано, что учет возбужденных колебательных состояний молекул NOважен при моделировании течений воздуха за фронтом ударной волны(рис. 7). Пренебрежение колебательным возбуждением NO приводит кзначительной недооценке числовой плотности молекул оксида азота.0 ,0 60 ,0 2n o n - e q u ilib r iu m N O ( i)N O o n g ro u n d s ta te9T e m p e ra tu re [k K ]8nN/nnO/n0 ,2 50 ,0 40 ,2 0s o lid lin e s : n o n - e q u ilib r iu m N O ( i)d a s h - d o t lin e s : N O o n g r o u n d s ta ten0 ,1 57N O/nTn c/n/nN OM a x im u mo f n0 ,0 40 ,0 60 ,3 0n o n - e q u ilib r iu m N O ( i)N O o n g ro u n d s ta te0 ,0 20 ,1 060 ,0 550 ,0 01 01 21 41 61 82 001M a c h n u m b e r o f fre e s tre a m2D is ta n c e fr o m340 ,0 05012D is ta n c e fr o ms h o c k [c m ]345s h o c k [c m ]Рис.
7. Максимум NO / как функция числа Маха набегающего потока (верхний рис.).Температура , молярные доли атомов (центр) и NO (нижний) за фронтом ударнойволны как функции от . Условия в набегающем потоке: температура ∞ = 271 K,давление ∞ = 100 Па и число Маха ∞ = 13.При моделировании многотемпературного течения бинарных смесейзафронтоммеждуударнойрезультатами,значенийпараметраволныустановлено,получаемымимоделисчтопри < 10использованиемТринора-Марронаиразницаобщепринятыхмодифицированнойформулы, незначительны в связи с малой интенсивностью диссоциациив данных условиях (рис.
8 (а)). Однако, с ростом числа Маха разницапри использовании разных моделей становится существенной, особеннонепосредственно за фронтом ударной волны. Так, при = 13.4вслучае течения смеси O2 /O разница в температурах газа и молярныхконцентрациях атомов достигает 10%. При этом, результаты расчетовпопредложенноймоделилучшесогласуются15сэкспериментальными4 5 0 0(a )4 0 0 03 5 0 02 5 0 0T 1 , KT 1 , K3 0 0 0M = 9 .32 0 0 0F H O , U ( i,T )F H O , U = D /6 kL Te x p e rim e n t1 5 0 01 0 0 05 0 00 ,0 0 00 ,0 0 20 ,0 0 40 ,0 0 60 ,0 0 87 5 07 0 06 5 06 0 05 5 05 0 04 5 04 0 03 5 03 0 02 5 02 0 01 5 01 0 05 00 ,0 1 00(b )000M = 1 3 .4000000F H O , U ( i,T )F H O , U = D /6 kL Te x p e rim e n t000000 ,0 0 00 ,0 0 20 ,0 0 4x , m0 ,0 0 60 ,0 0 80 ,0 1 0x , mРис.
8. Колебательная температура в смеси O2 /O как функция от . Сравнение сэкспериментом. (a) M=9.3, (b) M=13.4.данными < 13(рис.8(b)).ВслучаетечениябинарнойсмесиN2 /Nприне наблюдается существенной разницы между результатами, чтовызвано более высокой температурой диссоциации азота в сравнении скислородом. При более высоких скоростях ожидается заметное влияниемодели диссоциации и на течение азота; однако в этом случае необходимтакже учет ионизации.В Заключении перечислены основные результаты работы.1.
Наоснованиисравнениясрезультатамисовременныхквазиклассических траекторных расчетов было показано, что ниодна из существующих теоретических, экспериментальных моделей,а также традиционно используемые параметры в законе Аррениусане могут обеспечить согласования с траекторными расчетами припроизвольных условиях.2. БылаполученаобобщеннаямодельТринора-Марронакоэффициентов скорости диссоциации с параметромзависящиммолекулы.оттемпературыБылииэнергиискорректированы = (, ),колебательногозначениядляуровняпараметровравновесного закона Аррениуса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
