Использование обратного преобразования Лапласа для определения поуровневых сечений диссоциации и обменов колебательной энергией

Авторы

  • Богдан Сергеевич Байков
  • Дарина Куанышевна Баялина
  • Елена Владимировна Кустова

Аннотация

В работе исследуются сечения VV- и VT-обменов в азоте и кислороде, а также сечения реакции диссоциации молекулы азота N2, зависящие от колебательного состояния частиц. Для VV- и VT-обменов были модифицированы исходные аппроксимации коэффициента скорости реакции, позволившие применить к ним обратное преобразование Лапласа в аналитической форме. Получена удовлетворительная аппроксимация для коэффициента скорости реакции диссоциации, пригодная для применения обратного преобразования Лапласа. Для всех перечисленных реакций получены аналитические выражения для сечений. Построены графики в широком диапазоне энергий и колебательных уровней. Проведен анализ полученных результатов. Показано, что сечения VV-обменов практически линейно возрастают с увеличением энергии столкновения. Реакции VT-обмена и диссоциации имеют ярко выраженный пороговый характер, сечения этих реакций ведут себя немонотонно. Порог диссоциации заметно сдвигается в область более низких энергий с ростом колебательного уровня. Использование модели твердых сфер приводит к существенной ошибке при расчете поуровневых сечений диссоциации. Результаты работы можно применять при решении задач неравновесной аэродинамики методами прямого статистического моделирования. Библиогр. 23 назв. Ил. 4. Табл. 2.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

1. Koura K., Matsumoto H. Variable soft sphere molecular model for inverse-power-law or Lennard-Jones potential // Phys. Fluids A. 1991. Vol. 3. P. 2459-2465.

2. Bird G.A. The Q-K model for gas-phase chemical reaction rates // Phys. Fluids. 2011. Vol. 23. Paper 106101.

3. Armenise I., Esposito F., Capitelli M. Dissociation-recombination models in hypersonic boundary layer flows // Chem. Phys. 2007. Vol. 336. P. 83-90.

4. Armenise I., Esposito F., Capitta G., Capitelli M. O-O2 state-to-state vibrational relaxation and dissociation rates based on quasiclassical calculations // Chem. Phys. 2008. Vol. 351. P. 91-98.

5. Kim J., Boyd I. Monte Carlo simulation of nitrogen dissociation based on state-resolved cross sections // Phys. Fluids. 2014. Vol. 26. Paper 012006.

6. Рыдалевская М.А. Об определении сечений столкновений по известным скоростям химических реакций // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 1. Математика. Механика. Астрономия. 1967. Вып. 4, №1. С. 119-123.

7. Minelli P., Esposito F., Bruno D., Capitelli M., Longo S. Extracting Cross Sections from Rate Coefficients: Application to Molecular Gas Dissociation // J. Thermophys. Heat Transfer. 2011. Vol. 25, N 3. P. 374-381.

8. Кустова Е.В., Макаркин Д.В. Определение сечений реакции диссоциации по поуровневым коэффициентам скорости реакции // Вестник С-Петерб. ун-та. Сер. 1. Математика. Механика. Астрономия. 2012. Вып. 4. С. 100-105.

9. Kustova E.V., Makarkin D.V., Mekhonoshina M.A. Normal Mean Stress in Non-equilibrium Viscous N2/N Flows with Dissociation and Electronic Excitation // AIP Conference Proceedings. 2012. Vol. 1501. P. 1086-1093.

10. Bird G.A. Simulation of multi-dimensional and chemically reacting flows // Rarefied Gas Dynamics: Proceedings of the 11th International Symposium / ed. by R. Campargue. 1979. Paris. Vol. 1. P. 365-388.

11. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. Clarendon, Oxford, England, UK, 1994.

12. Haas B.L., Boyd I.D. Models for direct Monte Carlo simulation of coupled vibration-dissociation // Phys. Fluids A. 1993. Vol. 5. P. 478.

13. Bondar Ye.A., Ivanov M.S. DSMC Dissociation Model Based on Two-Temperature Chemical Rate Constant // AIAA Paper. 2007. N 2007-0614.

14. Bondar Ye.A., Shevyrin A.A., Chen Y.S., Shumakova A.N., Kashkovsky A.V., Ivanov M.S. Direct Monte Carlo simulations of high-temperature chemical reactions in air // Thermophysics and Aeromechanics. 2013. Vol. 20, N 5. P. 553-564. DOI: 10.1134/S0869864313050035

15. Нагнибеда Е.А., Кустова Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в потоках неравновесных реагирующих газов. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003. 272 с.

16. Billing G.D., Fisher E.R. VV- and VT-rate coefficients in N2 by a quantum-classical model // Chem. Phys. 1979. Vol. 43. P. 395-401.

17. Billing G.D., Kolesnick R.E. Vibrational relaxation of oxygen. State to state rate constants // Chem. Phys. Lett. 1992. Vol. 200, N 4. P. 269-280.

18. Armenise I., Capitelli M., Colonna G.e.a. Nonegulibrium vibrational kinetics in the boundary layer of re-entering bodies // J. Thermophys. Heat Transfer. 1996. Vol. 10, N 3. P. 397-405.

19. PHYS4ENTRY planetary entry integrated models seventh framework programme [интернет ресурс]: phys4entrydb.ba.imip.cnr.it/Phys4EntryDB/index.php (дата обращения: 30.08.2016).

20. Esposito F., Capitelli M., Gorse C. Quasi-classical dynamics and vibrational kinetics in N2(v)-N system // Chem. Phys. 2000. Vol. 257. P. 193-202.

21. McKenzie R.L., Arnold J.O. Experimental and theoretical investigations of the chemical kinetics and nonequilibrium CN radiation behind shock waves in CO2-N2 Mixture // AIAA Paper. 1967. N 67-322.

22. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. 238 с.

23. Adamovich I.V., Macheret S.O., Rich J.W., Treanor C.E. Vibrational energy transfer rates using a forced harmonic oscillator model // J. Thermophys. Heat Transfer. 1998. Vol. 12, N 1. P. 57-65.

Загрузки

Опубликован

20.08.2020

Как цитировать

Байков, . Б. С., Баялина , Д. К., & Кустова, Е. В. (2020). Использование обратного преобразования Лапласа для определения поуровневых сечений диссоциации и обменов колебательной энергией. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия, 3(4), 663–674. извлечено от https://math-mech-astr-journal.spbu.ru/article/view/8672

Выпуск

Том 3 № 4 (2016)

Раздел

Механика

Лицензия

Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>