Нелинейные волны и энергообмен в химически активных системах Стариковский, Андрей Юрьевич

Краткое описание

Стариковский, Андрей Юрьевич.
Нелинейные волны и энергообмен в химически активных системах : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.08, 01.04.14. - Москва, 1999. - 481 с. : ил.
Оглавление диссертациидоктор физико-математических наук Стариковский, Андрей Юрьевич
I Введение
1 История вопроса
2 Постановка задачи
2.1 Цель работы.
2.2 Нелинейные волны в неравновесных системах.
2.3 Формирование и распространения ударных и детонационных волн в неравновесных средах с распределенными параметрами.
2.4 Роль возбужденных молекул в химических процессах
2.5 Формирование функции распределения частиц по размерам в процессе образования и распада ансамблей кластеров за ударными волнами.
3 Структура работы
II Экспериментальные методики и установки
4 Ударные трубы.
4.1 Ударная волна. Расчет термодинамических параметров газа при ударно-волновом нагреве.
4.2 Общая схема установки на основе ударной трубы.
4.3 Основные каналы диагностики процессов в ударных волнах.
5 Плазмохимический реактор с наносекундным разрядом
5.1 Волна ионизации и термически-неравновесное возбуждение газа.
5.2 Разрядная камера и основные каналы диагностики.
6 Приготовление рабочих смесей и контроль за уровнем примесей в исследуемых газах
7 Диагностическая аппаратура и методы измерений
7.1 Лазерная шлирен-система
7.2 Датчики давления.
7.3 Регистрация собственного ИК-излучения газа.
7.4 Диагностика в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне спектра
8 Методика измерений
8.1 Абсорбционная УФ-диагностика при высоких температурах. Сечения поглощения 02, N0, N20, С02, Н20, N02.
8.1.1 Сечения поглощения 02.
8.1.2 Сечения поглощения N О.
8.1.3 Сечения поглощения N20.
8.1.4 Сечения поглощения СОг.
8.1.5 Сечения поглощения Н20.
8.1.6 Сечения поглощения N02.
8.2 Эмиссионная ИК-диагностика.
8.2.1 ИК-излучение N20.
8.2.2 ИК-излучение С02.
8.2.3 ИК-излучение N0.
8.3 Эмиссионные измерения в видимом диапазоне спектра.
8.3.1 Хемилюминесцентное излучение N0-0.
8.3.2 Хемилюминесцентное излучение СО-0.
III Ударные волны в неоднородных средах
9 Безотрывное взаимодействие ударной волны с пограничным слоем и изменение термодинамических параметров газа в ударной трубе
9.1 Падающая ударная волна.
9.2 Отраженная ударная волна.
9.2.1 Учет поперечной неоднородности потока за падающей ударной волной.
9.2.2 Численная модель нестационарного отражения ударной волны.
9-2.3 Учет влияния теплопроводности.
9.2.4 Учет внутренних степеней свободы.
9.3 Численное моделирование процесса отражения ударной волны и сравнение с экспериментом.
10 Критерий перестройки течения при взаимодействии ударных волн с энтропийными слоями
10.1 Взаимодействие ударной волны с тепловым слоем.
10.2 Взаимодействие отраженной ударной волны с пограничным слоем.
10.3 Численная модель развития взаимодействия ударной волны с неоднородным потоком в двумерной постановке
10.4 Сопоставление теоретических критериев перестройки течения с результатами численного эксперимента.
11 Устойчивость взаимодействия ударных волн с энтропийным слоем
11.1 Развитие процесса взаимодействия ударной волны с энтропийным слоем
11.2 Динамика роста предвестника при различных начальных условиях.
IV Кинетика химических превращений при высоких температурах в термически-равновесном режиме
12 Реакции в системе N02-Аг
12.1 Экспериментальное исследование кинетики распада N02 при высокой температуре
12.2 Две фазы распада N02.
12.3 Анализ данных по константам скорости отдельных процессов h численное моделирование распада
12.4 Влияние колебательной релаксации на распад N02 при высоких температурах
12.5 Исследования распада NO2 в атмосфере собственного газа.
12.6 О возможности возникновения энергетических обратных связей при распаде NO2 в области высоких температур.
13 Мономолекулярный распад N20.
13.1 Экспериментальные исследования распада N20 при высокой температуре
13.2 Численная модель распада.
13.3 Анализ экспериментальных данных.
13.4 Константа скорости мономолекулярного распада N
14 Реакции N20 с О.
14.1 Измерения выхода N0 и динамики рекомбинационного излучения N0-0 при термическом распаде закиси азота.
14.2 Соотношение каналов N20 -f О N0 + N0 и N20 + О N2 + 02 при термическом распаде закиси азота.
14.3 Анализ данных .-.
15 Реакции NO + О + M N02 + M, N02 + О NO + 02.
15.1 Измерение профиля концентрации N02 и хемилюминесцентного излучения NO-O при термическом распаде N2 О.
15.2 Анализ кинетической схемы и чувствительности измеряемых в эксперименте параметров к выбору констант скорости отдельных процессов.
15.3 Сравнение рассчитанных и измеренных профилей концентрации N02 и излучения N0-0.
16 Реакции в системе N20-H
16.1 Экспериментальные исследования термического распада N20 в присутствии Н
16.2 Кинетическая схема для численного моделирования реакций в системе N20
Н2 - Аг.
16.3 Обсуждение.
17 Реакция рекомбинации СО + О + M С02 + M
17.1 Результаты экспериментов.
17.2 Измерения константы скорости реакции рекомбинации СО + О + M —» С02 4M.
17.2.1 Анализ влияния примесей на кинетику реакции.
17.3 Сравнение с данными других работ.
17.3.1 Константа скорости рекомбинации в атмосфере разных газов.
17.3.2 Константа скорости рекомбинации в пределе низких давлений.
17.3.3 Константа скорости рекомбинации в пределе высоких давлений
18 Кинетика реакций в N20-C0-H2 системе при высоких температурах.
18.1 Эксперимент.
18.1.1 Выбор диапазона измерений.
18.1.2 Результаты экспериментов.
18.2 Численное моделирование
18.2.1 Механизм реакций и основные элементарные процессы.
18.2.2 Учет газодинамических эффектов.
18.3 Кинетика реакций в N20 - СО - Н2 системе.
18.3.1 Моделирование кинетики реакций.
18.3.2 Анализ чувствительности кинетической схемы
18.3.3 Сравнение с результатами предшествующих работ.
V Детонационные волны в неоднородных средах
19 Воспламенение и детонация при высоких температурах. Газодинамика и кинетические особенности процесса.
19.1 Экспериментальные исследования воспламенения ^О-СО-Не смесей за отраженными ударными волнами.
19.2 Различные режимы воспламенения, их связь с газодинамическими особенностями течения и кинетикой химических превращений.
19.3 Отклонение параметров газа за отраженной ударной волной от рассчитываемых по идеальной теории ударной трубы и их влияние на воспламенение.
19.4 Анализ различных режимов воспламенения. Критерий образования течения с двумя сильными разрывами.
19.5 Численное моделирование нестационарных неравновесных течений №20-С0-Нг-Не смесей за отраженными ударными волнами.
19.5.1 Измерения времен индукции.
19.5.2 Скорость отраженной ударной 'волны и давление в зоне реакции.
19.5.3 Инфракрасное излучение N20 и С
19.6 Основные уравнения и численные методы.
19.7 Кинетика химических реакций и характер течения газа в условиях теплового взрыва в N20 - СО - - Не системах.
19.7.1 Время индукции и скорость отраженной ударной волны. Кинетика химических реакций и основные ведущие процессы.
19.7.2 Течения газа, возникающие при воспламенении К20-С0-Н2-Не смесей за отраженными ударными волнами.
19.7.3 Излучение газа в инфракрасном диапазоне спектра.
20 Взаимодействие детонационной волны с энтропийными слоями: критерий перестройки течения и разрушения структуры фронта детонационной волны
20.1 Аналитические модели взаимодействия детонационной волны с тепловым слоем.
20.2 Численное моделирование взаимодействия детонационной волны с тепловым слоем.
20.2.1 Основные уравнения.
20.2.2 Методы решения.
20.2.3 Моделирование химических процессов.
20.2.4 Расчетная сетка и граничные условия.
20.3 Развитие ячеистой структуры детонационного фронта.
20.4 Взаимодействие детонационной волны с тепловым слоем.
20.4.1 Случай малого перегрева теплового слоя.
20.4.2 Случай большого перегрева теплового слоя.
VI Волны заселенности по колебательным состояниям молекул 284 21 Заселение колебательных уровней азота в газовом разряде и возникновение обратной" волны заселенности по колебательным уровням
21.1 Распределение энергии в газовом разряде
21.1.1 Особенности заселения высоколежащих состояний в разряде при высоком перенапряжении
21.2 Численная модель колебательных энергообменов в азоте при возбуждении электронным ударом
21.3 Динамика ФРЭ азота при воздействии на газ наносекундного импульсного разряда
22 Заселение колебательных состояний азота рекомбинационным потоком в условиях ударного вязкого слоя в пристеночной области
22.1 Образование колебательно-возбужденных молекул N2 при газофазной рекомбинации атомов N в пограничном слое.
22.2 Формирование неравновесной функции распределения по колебательным состояниям
VII Энергообмен и химические реакции в неравновесных режимах в химически-активной плазме
23 Химические реакции при неравновесном распределении реагентов и продуктов по колебательным уровням
23.1 Различные подходы к описанию колебательной релаксации химически-реаги-рующих систем. Модовое приближение и система управляющих уравнений.
23.1.1 Модовое приближение.
23.1.2 "Лестничное" приближение.
23.1.3 Диффузионное приближение.
23.1.4 Поуровневая кинетика
23.2 Колебательный энергообмен при столкновении нейтральных частиц.
23.2.1 Процессы колебательного энергообмена в системе С-1Ч-0-Н.
24 Расчет микроконстант скоростей химических реакций и функции распределения продуктов по колебательным состояниям в неравновесных условиях
24.1 Поуровневая кинетика реакций.
24.2 Изменение порога реакции и вероятности перехода при возбуждении реагентов
24.3 Оценка величины энергетического барьера реакции.
24.4 Оценка вероятности перехода для выделенных уровней
24.5 Анализ модели.
24.5.1 Мономолекулярный распад при Т4г > Т^ь
24.5.2 Реакции в 1Ч2-02 смесях.
24.5.3 Реакции в Н2-О2 системе.
24.5.4 Распределение продуктов обменных реакций по колебательным уровням
25 Неравновесные режимы реакций при термическом возбуждении газа. Роль колебательного возбуждения в мономолекулярных и бимолекулярных процессах.
25.1 Колебательная релаксация N20 и кинетика мономолекулярного распада в неравновесном режиме.
25.2 Модель неравновесного распада N20 при высоких температурах.
25.2.1 Результаты моделирования мономолекулярного распада N20 в неравновесном режиме.
25.3 Замедление релаксации колебательной энергии N20 в бинарной М20-С0 системе. Замедление распада при высоких температурах.
26 Окисление водорода в стехиометрической водородо-воздушной смеси в высокоскоростной волне ионизации
26.1 Кинетика окисления водорода в стехиометрической водородно-воздушной смеси в импульсном наносекундном разряде.
26.2 Расчет функции распределения электронов по энергиям и возбуждения газа электронным ударом.'.
26.3 Энергообмен и химические реакции в системе Н2-воздух в условиях импульсного разряда.
26.3.1 Константы скорости У У и УТ — релаксации в реагирующей Н2-02-1т2 системе.
26.3.2 Расчет химической кинетики на стадии протекания электрического тока в импульсном разряде.
26.3.3 Расчет химической кинетики в послесвечении импульсного наносекунд-ного разряда.
26.3.4 Роль различных механизмов в окислении водорода в импульсном разряде
27 Нетермический распад закиси азота в импульсном сильноточном разряде
27.1 Экспериментальные исследования распада N20 в импульсном разряде
27.2 Численная модель нетермического распада ]М20 в условиях импульсного разряда
27.3 Потоки активных частиц и основные стадии процесса нетермического разложения N20 с импульсном разряде.
28 Сдвиг воспламенения и инициирование горения при одновременном воздействии на газ ударной волны и импульсного неравновесного разряда. Относительный вклад термического и неравновесного возбуждения газа
28.1 Химические реакции в системе Н2-воздух, инициированные высокоскоростной волной ионизации.
28.2 Расчет возбуждения газа в высокоскоростной волне ионизации.
28.3 Воспламенение газовой смеси под действием высокоскоростной волны ионизации
28.4 Механизмы развития воспламенения в водородо-воздушной и метано-воздушной смеси под действием импульсного разряда.
VIII Формирование функции распределения кластеров по размерам за ударными волнами и влияние колебательной неравновесности кластеров на ее динамику
29 Образование и распад кластеров железа за ударными волнами. Волны заселенности в пространстве размеров кластеров.
29.1 Высокотемпературная кинетика коагуляции и термического распада кластеров железа в ударных волнах.
29.1.1 Экспериментальная установка
29.1.2 Результаты эксперимента.
29.2 Численное моделирование коагуляции и распада ансамбля кластеров
29.3 Динамика формирования и распада ансамбля кластеров.
29.4 Коагуляция кластеров в термически-неравновесных условиях.