Non-equilibrium vibrational and chemical kinetics in CO2/CO/O mixture and its influence on macroscopic parameters

Abstract

Косарева Алёна Александровна. Неравновесная колебательная и химическая кинетика в смеси СО2/СО/О и её влияние на макроскопические параметры. Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор Нагнибеда Екатерина Алексеевна. Механика и математическое моделирование. Молекулярно-кинетическая теория жидкости и газа. Кафедра гидроаэромеханики.

В работе численно исследована колебательная релаксация и диссоциация молекул СО2 в пространственно однородной смеси СО2/СО/О на основе трехтемпературного, двухтемпературного и однотемпературного описания неравновесной кинетики. Цель работы состояла в изучении влияния на параметры смеси следующих эффектов: 1) выбора кинетической модели, 2) начального колебательного возбуждения молекул СО2, 3) разных аналитических представлений времени колебательной релаксации, 4) учета быстрого обмена колебательными энергиями третьей моды молекул СО2 с молекулами СО. Показано, что использование однотемпературного приближения ведет к значительной переоценке температуры газа и заниженным значениям числовых плотностей молекул углекислого газа. Сравнение результатов, полученных на основе двух разных аналитических представлений времени колебательной релаксации, показало, что обе модели дают близкие значения для температур. Изучено влияние сильного начального колебательного возбуждения симметрично-деформационной и антисимметричной мод молекул СО2 на изменение температур и скорость диссоциации. Обнаружено, что диссоциация протекает значительно быстрее в случае высокой начальной поступательной температуры. Предложена модификация трехтемпературной модели с учетом быстрого обмена колебательными энергиями третьей моды молекул СО2 и молекул СО. Полученные результаты могут быть полезными при выборе адекватных моделей кинетики для численного моделирования смесей, содержащих молекулы углекислого газа.

Количество использованных источников: 19.

Библиографическое описание: Косарева А.А.: Неравновесная колебательная и химическая кинетика в смеси СО2/СО/О и её влияние на макроскопические параметры. магистерская дис.: защищена 07.06.2016 / Косарева Алёна Александровна. – СПб., 2016. – 21 с. – Библиогр.: 21 с.

Alena Kosareva. Non-equilibrium vibrational and chemical kinetics in CO2/CO/O mixture and its influence on macroscopic parameters. Scientific supervisor: doctor of science, Professor Nagnibeda E. A. Mechanics and mathematical modeling. Molecular kinetic theory of fluids and gases. Department of hydroaeromechanics.

The vibrational relaxation and dissociation of CO2 molecules in a spatially homogeneous mixture CO2/CO/O is numerically studied on the basis of the three-temperature, two-temperature and one-temperature kinetic models. The purpose of this work was to study the influence on mixture parameters of the following effects: 1) a choice of a kinetic model, 2) the initial vibrational excitation of CO2 molecules , 3) different analytical expressions for relaxation times, 4) accounting for a fast exchange of vibrational energy between the third CO2 mode with CO molecules. It is shown that the use of the one-temperature approach leads to considerable overestimation of the gas temperature and underestimation of number densities for CO2 molecules. When comparing the results received on the basis of two different analytical expressions for relaxation times, close values for temperatures are obtained. Results show that dissociation proceeds much quicker in the case of high initial gas temperature comparable to the cases of high initial values of vibrational temperatures. Modification of three-temperature model taking into account a fast exchange of vibrational energy between the third CO2 mode and CO molecules is proposed. The received results are useful for the choice of adequate kinetic models for numerical modeling for the flows of mixtures containing carbon dioxide molecules.

The list of references contains 19 items.

Bibliographic description : Kosareva A.A. : . Non-equilibrium vibrational and chemical kinetics in CO2/CO/O mixture and its influence on macroscopic parameters. Master's Thesis : presented 07.06.2016 / Kosareva Alena Alexandrovna . - SPb., 2016. – 21 p. – Bibliogr.: p. 21.