Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2023, выпуск 8 » Статья стр. 1073
>>>
Колебательная неравновесность в реакции водорода с кислородом (обзор)
DOI: 10.21883/JTF.2023.08.55969.39-23
Скребков О.В. 1, Костенко С.С.1, Смирнов А.Л.1
1Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН, Черноголовка, Россия
Email: asm@icp.ac.ru
Поступила в редакцию: 27 марта 2023 г.
В окончательной редакции: 13 июня 2023 г.
Принята к печати: 13 июня 2023 г.
Выставление онлайн: 23 июля 2023 г.
PDF версия
Область исследования процессов колебательной релаксации в их взаимодействии с химическими реакциями в настоящее время характеризуется высокой активностью. Обзор основан на работах авторов. Представлена колебательно-неравновесная модель окисления водорода в рамках последовательного элементарно-кинетического подхода. Центральным элементом является учет колебательной неравновесности радикала HO2 как важнейшего промежуточного продукта в процессе цепного разветвления и при образовании электронно-возбужденных частиц. Обсуждены результаты ударно-волновых экспериментов и соответствующих расчетов для системы H2+O2+Ar при температурах T<1500 K и давлениях p<4 atm. Показано, что в этих условиях колебательная неравновесность является важнейшим фактором, определяющим механизм и скорость процесса. Дан анализ теплового эффекта на различных стадиях процесса, ингибирования реакции водорода с кислородом добавками многоатомных газов и механизма образования электронно-возбужденного радикала OH(A^2Sigma+). Ключевые слова: химическая кинетика, колебательная релаксация, электронное возбуждение, ударная волна. DOI: 10.21883/JTF.2023.08.55969.39-23
  1. P.V. Marrone, C.E. Treanor. Phys. Fluids, 6, 1215 (1963). DOI: 10.1063/1.1706888
  2. Е.В. Ступоченко, С.А. Лосев, А.И. Осипов. Релаксационные процессы в ударных волнах (Наука, М., 1965)
  3. С.А. Лосев. Газодинамические лазеры (Наука, М., 1977)
  4. В.М. Васильев, С.В. Куликов, О.В. Скребков. ПМТФ, 4, 13 (1977)
  5. К. Смит, Р. Томсон. Численное моделирование газовых лазеров (Мир, М., 1981)
  6. А.С. Башкин, В.И. Игошин, А.Н. Ораевский, В.А. Щеглов. Химические лазеры (Наука, М., 1982)
  7. R.C. Brown. Combustion and Flame, 62, 1 (1985). DOI: 10.1016/0010-2180(85)90088-4
  8. C. Park. Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics (Wiley, NY., 1990), Document ID 19910029860
  9. O. Knab, H-H. Friihauf, E.W. Messerschmid. J. Thermophys. Heat Transf., 9, 219 (1995). DOI: 10.2514/3.649
  10. F. Lordet, J.G. Meolans, A. Chauvin, R. Brun. Shock Waves, 4, 299 (1995). DOI: 10.1007/BF01413872
  11. E.M. Fisher. Combustion and Flame, 108, 127 (1997). DOI: 10.1016/0010-2180(85)90088-4
  12. E.V. Kustova, E.A. Nagnibeda. Chem. Phys., 233, 57 (1998). DOI: 10.1016/S0301-0104(98)00092-5
  13. Y. Sakamura. Shock Waves, 13, 361 (2003). DOI: 10.1007/s00193-003-0176-3
  14. M. Lino da Silva, V. Guerra, J. Loureiro. Chem. Phys., 342, 275 (2007). DOI: 10.1016/j.chemphys.2007.10.010
  15. M.A. Gallis, R.B. Bond, J.R. Torczynski. J. Chem. Phys., 131, 124311 (2009). DOI: 10.1063/1.3241133
  16. О.В. Скребков, С.П. Каркач. Кинетика и катализ, 48 (3), 388 (2007). [O.V. Skrebkov, S.P. Karkach. Kinetics and Catalysis, 48 (3), 367 (2007). DOI: 10.1134/S0023158407030044]
  17. О.В. Скребков, С.П. Каркач, А.Н. Иванова, С.С. Костенко. Кинетика и катализ, 50 (4), 483 (2009). [O.V. Skrebkov, S.P. Karkach, A.N. Ivanova, S.S. Kostenko. Kinetics and Catalysis, 50 (4), 461 (2009). DOI: 10.1134/S0023158409040016]
  18. I.V. Arsentiev, B.I. Loukhovitski, A.M. Starik. Chem. Phys., 398, 73 (2012). DOI: 10.1016/j.chemphys.2011.06.011
  19. M. Lino da Silva, J. Loureiro, V. Guerra. Chem. Phys., 398, 96 (2012). DOI: 10.1016/j.chemphys.2011.08.014
  20. J.G. Kim, I.D. Boyd. Chem. Phys., 415, 237 (2013). DOI: 10.1016/j.chemphys.2013.01.027
  21. O.V. Skrebkov. J. Modern Phys., 5, 1806 (2014). DOI: 10.4236/jmp.2014.516178
  22. O.V. Skrebkov. Combustion Theory and Modeling, 19, 131 (2015). DOI: 10.1080/13647830.2014.977352
  23. О.В. Скребков, С.С. Костенко. Кинетика и катализ, 58 (1), 3 (2017). [O.V. Skrebkov, S.S. Kostenko. Kinetics and Catalysis, 58 (1), 1 (2017). DOI: 10.1134/S0023158417010098]
  24. О.В. Скребков, А.Л. Смирнов. Кинетика и катализ, 59 (5), 531 (2018). [O.V. Skrebkov, A.L. Smirnov. Kinetics and Catalysis, 59 (5), 545 (2018). DOI: 10.1134/S0023158418050117]
  25. C. Lin, A. Xu, G. Zhang, Y. Li. Combustion and Flame, 164, 137 (2016). DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.11.010
  26. C.M. Tarver. J. Phys. Chem. A, 101, 4845 (1997). DOI: 10.1021/jp9626430
  27. L. Shi, H. Shen, P. Zhang, D. Zhang, C. Wen. Combust. Sci. Technol., 189 (5), 841 (2017). DOI: 10.1080/00102 202.2016.12605 61
  28. K.C. Uy, L. Shi, C. Wen. Combustion and Flame, 196, 174 (2018). DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.06.015
  29. C. Lin, K.H. Luo. Combustion and Flame, 198, 356 (2018). DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.09.027
  30. S.N. Dhurandhar, A. Bansal. Phys. Fluids, 30, 117104 (2018). DOI: 10.1063/1.5054194
  31. O.V. Skrebkov, S.S. Kostenko, A.L. Smirnov. Int. J. Hydrogen Energy, 45, 3251 (2020). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.11.168
  32. А.М. Старик, Н.С. Титова. ЖТФ, 71 (8), 1 (2001)
  33. I.N. Kadochnikov, I.V. Arsentiev. Shock Waves, 30, 491 (2020). DOI: 10.1007/s00193-020-00961-0
  34. O.V. Skrebkov, S.V. Kulikov. Chem. Phys., 227, 349 (1998). DOI: 10.1016/S0301-0104(97)00296-6
  35. M. Capitelli, G. Colonna, F. Esposito. J. Phys. Chem. A, 108, 8930 (2004). DOI: 10.1021/jp048847v
  36. A. Guy, A. Bourdon, M-Y. Perrin. Chem. Phys., 420, 15 (2013). DOI: 10.1016/j.chemphys.2013.04.018
  37. S. Voelkel, V. Raman, P.L. Varghese. Shock. Waves, 26, 539 (2016). DOI: 10.1007/s00193-016-0645-0
  38. A. Zidane, R. Haoui, M. Sellam, Z. Bouyahiaoui. Int. J. Hydrogen Energy, 44, 4361 (2019). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.149
  39. O. Kunova, A. Kosareva, E. Kustova, E. Nagnibeda. Phys. Rev. Fluids, 5, 123401 (2020). DOI: 10.1103/physrevfluids.5.123401
  40. A. Kosareva, O. Kunova, E. Kustova, E. Nagnibeda. Phys. Fluids, 34, 026105 (2022). DOI: 10.1063/5.0079664
  41. Н.Г. Даутов, А.М. Старик. Физика горения и взрыва, 30 (5), 3 (1994). [N.G. Dautov, A.M. Starik. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 30 (5), 571 (1994). DOI: 10.1007/BF00755819]
  42. I.N. Kadochnikov, I.V. Arsentiev, B.I. Loukhovitski, A.S. Sharipov. Chem. Phys., 562, 111669 (2022). DOI: 10.1016/j.chemphys.2022.111669
  43. О.В. Скребков. Химическая физика, 30 (3), 38 (2011). [O.V. Skrebkov. Russ. J. Phys. Chem. B, 5 (2), 227 (2011).]
  44. Yu. Gorbachev, O. Kunova, G. Shoev. Phys. Fluids, 33, 126105 (2021). DOI: 10.1063/5.0062628
  45. В.Н. Кондратьев, Е.Е. Никитин. Кинетика и механизм газофазных реакций (Наука, М., 1974) [V.N. Kondratiev, E.E. Nikitin. Gas-Phase Reactions: Kinetics and Mechanisms (Springer, Berlin, 1981), DOI: 10.1007/978-3-642-67608-6]
  46. NIST, National Institute of Standards and Technology, Chemical Kinetics Database, http://kinetics.nist.gov/kinetics/index.jsp
  47. П.А. Власов, В.Н. Смирнов, А.М. Тереза. Химическая физика, 35 (6), 35 (2016). DOI: 10.7868/S0207401X16060157 [P.A. Vlasov, V.N. Smirnov, A.M. Tereza. Russ. J. Phys. Chem. B, 10, 456 (2016). DOI: 10.1134/S1990793116030283]
  48. D. Cecere, E. Giacomazzi, A. Ingenito. Int. J. Hydrogen Energy, 39, 10731 (2014). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.04.126
  49. N.N. Smirnov, V.F. Nikitin. Int. J. Hydrogen Energy, 39, 1122 (2014). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.10.097
  50. P. Sharma, A. Dhar. Int. J. Hydrogen Energy, 41, 6148 (2016). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.021
  51. R.K. Maurya, N. Akhil. Int. J. Hydrogen Energy, 42, 11911 (2017). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.155
  52. B. Liu, G-Q. He, F. Qin, J. An, S. Wang, L. Shi. Int. J. Hydrogen Energy, 44, 5007 (2019). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.01.005
  53. В.Н. Кондратьев. В сб. Проблемы химической кинетики (К восьмидесятилетию академика Н.Н. Семенова), под. ред. В.Н. Кондратьева (Наука, М., 1979), с. 13
  54. A. Fernandes-Ramos, J.A. Miller, S.J. Klippenstein, D.G. Truhlar. Chem. Rev., 106, 4518 (2006). DOI: 10.1021/cr050205w
  55. R.L. Wadlinger, B.deB. Darwent. J. Phys. Chem., 71, 2057 (1967). DOI: 10.1021/j100866a013
  56. R.T. Pack, E.A. Butcher, G.A. Parker. J. Chem. Phys., 102, 5998 (1995). DOI: 10.1063/1.469334
  57. A.J. Dobbyn, M. Stumpf, H-M. Keller, R. Schinke. J. Chem. Phys., 104, 8357 (1996). DOI: 10.1063/1.471587
  58. L.B. Harding, J. Troe, V.G. Ushakov. Phys. Chem. Chem. Phys., 2, 631 (2000). DOI: 10.1039/a908929b
  59. D. Rapp, T. Kassal. Chem. Rev., 69, 61 (1969). DOI: 10.1021/cr60257a003
  60. А.С. Бирюков, Б.Ф. Гордиец. ПМТФ, 6, 29 (1972)
  61. Е.Е. Никитин, А.И. Осипов. Колебательная релаксация в газах. Итоги науки и техники. Сер. Кинетика и катализ (ВИНИТИ, М., 1977), т. 4
  62. Н.М. Кузнецов. Кинетика мономолекулярных реакций (Наука, М., 1982)
  63. O.V. Skrebkov. Chem. Phys., 191, 87 (1995). DOI: 10.1016/0301-0104(94)00303-R
  64. S.P. Karkach, V.I. Osherov. J. Chem. Phys., 110, 11918 (1999). DOI: 10.1063/1.479131
  65. С.П. Каркач, В.И. Ошеров, В.Г. Ушаков. Химическая физика, 19 (10), 3 (2000). [S.P. Karkach, V.I. Osherov, V.G. Ushakov. Chem. Phys. Reports, 19 10, 1777 (2001).]
  66. J. Troe, V.G. Ushakov. J. Chem. Phys., 128, 204307 (2008). DOI: 10.1063/1.2917201
  67. Z. Sun, D.H. Zhang, C. Xu, S. Zhou, D. Xie, G. Lendvay, S-Y. Lee, S.Y. Lin, H. Guo. J. Am. Chem. Soc., 130, 14962 (2008). DOI: 10.1021/ja8068616
  68. M. Jorfi, P. Honvault, P. Bargueno, T. Gonzalez-Lezana, P. Larregaray, L. Bonnet, P. Halvick. J. Chem. Phys., 130, 184301 (2009). DOI: 10.1063/1.3128537
  69. P. Szabo, G. Lendvay. J. Phys. Chem. A, 119, 12485 (2015). DOI: 10.1021/acs.jpca.5b07938
  70. Н.В. Евтюхин, С.В. Куликов, В.М. Васильев, А.П. Генич, Г.Б. Манелис, О.В. Скребков. В сб.: Химическая физика горения и взрыва. Кинетика химических реакций. Материалы V Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву (Черноголовка, 1977), с. 5
  71. А.П. Генич, Н.В. Евтюхин, С.В. Куликов, Г.Б. Манелис, М.Е. Соловьева. ПМТФ, 1, 34 (1979)
  72. Н.В. Евтюхин, С.В. Куликов, М.Е. Соловьева. ПМТФ, 6, 4 (1982)
  73. С. Чепмен, Т. Каулинг. Математическая теория неоднородных газов (ИЛ, М., 1960), гл. 5. [S. Chapman, T.G. Cowling. The Mathematical Theory of Non-Uniform Gases (Cambridge University Press, UK., Cambridge, 1952)]
  74. Н.М. Кузнецов. ДАН СССР, 202 (6), 1367 (1972)
  75. С.А. Лосев. Физика горения и взрыва, 6, 767 (1973).
  76. O.V. Skrebkov, S.P. Karkach, V.M. Vasil'ev, A.L. Smirnov. Chem. Phys. Lett., 375, 413 (2003). DOI: 10.1016/S0009-2614(03)00875-3
  77. S.-O. Ryu, S.M. Hwang, M.J. Rabinovitz. J. Phys. Chem., 99, 13984 (1995). DOI: 10.1021/j100038a033
  78. E.L. Petersen, D.M. Kalitan, M.J.A. Rickard. J. Propulsion and Power, 20, 665 (2004). DOI: 10.2514/1.11380
  79. R. Mevel, S. Pichon, L. Catoire, N. Chaumeix, C-E. Paillard, J.E. Shepherd. Proceedings of the 34th International Symposium on Combustion (Warsaw, Poland, July 29 August 3 2012)
  80. В.А. Павлов, О.П. Шаталов. Кинетика и катализ, 52 (2), 163 (2011). [V.A. Pavlov, O.P. Shatalov. Kinetics and Catalysis, 52 (2), 157 (2011). DOI: 10.1134/S0023158411020157]
  81. J.A. Miller, R.J. Kee, C.K. Westbrook. Annu. Rev. Phys. Chem., 41, 345 (1990). DOI: 10.1146/annurev.pc.41.100190.002021
  82. Термодинамические свойства индивидуальных веществ, под ред. В.П. Глушко (Наука, M., 1978)
  83. R. Shaw. Int. J. Chem. Kin., 9, 929 (1977). DOI: 10.1002/kin.550090608
  84. K.F. Herzfeld, T.A. Litovitz. Absorbtion and Dispersion of Ultrasonic Waves (Acad. Press, N.Y.L., 1959)
  85. C.B. Moore. J. Chem. Phys., 43, 2979 (1965). DOI: 10.1063/1.1697261
  86. S. Ormonde, Rev. Mod. Phys., 47 (1), 193 (1975). DOI: 10.1103/RevModPhys.47.193
  87. А.В. Елецкий. УФН, 134 (2), 237 (1981). DOI: 10.3367/UFNr.0134.198106b.0237
  88. A. Kosareva, E. Kustova, M. Mekhonoshina. Plasma Sources Sci. Technol., 31, 104002 (2022), DOI: 10.1088/1361-6595/ac91f2
  89. I. Adamovich, S. Macheret, J. Rich, C. Treanor. J. Thermophys. Heat Transfer, 12, 57 (1998). DOI: 10.2514/2.6302
  90. О.В. Скребков, А.Л. Смирнов. Химическая физика, 10 (8), 1036 (1991). [O.V. Skrebkov, A.L. Smirnov. Sov. J. Chem. Phys., 10 (8), 1598 (1992).]
  91. А.Л. Смирнов, О.В. Скребков. Химическая физика, 11 (1), 35 (1992). [A.L. Smirnov, O.V. Skrebkov. Sov. J. Chem. Phys., 11 (1), 51 (1992).]
  92. И.А. Коновалова, С.Я. Уманский. Химическая физика, 1 (7), 901 (1982)
  93. Г. Шотт, Р. Гетзингер. Исследование реакции водорода с кислородом в ударных трубах. В сб.: Физическая химия быстрых реакций (Мир, М., 1976) [G.L. Schott, R.W. Getzinger. In: Physical Chemistry of Fast Reactions, Gas Phase Reactions of Small Molecules (London, Plenum, 1973), v. 1, p. 81.]
  94. F.E. Belles, M.R. Lauver. J. Chem. Phys., 40, 415 (1964). DOI: 10.1063/1.1725129
  95. G.B. Skinner, G.H. Ringrose, J. Chem. Phys., 42, 2190 (1965). DOI: 10.1063/1.1696266
  96. Y. Hidaka, S. Takahashi, H. Kawano, M. Suga, W.C. Gardiner Jr.. J. Phys. Chem., 86, 1429 (1982). DOI: 10.1021/j100397a043
  97. P.W. Fairchild, G.P. Smith, D.R. Crosley. J. Chem. Phys., 79, 1795 (1983). DOI: 10.1063/1.446025
  98. G.P. Smith, D.R. Crosley. J. Chem. Phys., 85, 3896 (1986). DOI: 10.1063/1.450910
  99. L.P. Dempsey, C. Murray, M.I. Lester. J. Chem. Phys., 127, 151101 (2007). DOI: 10.1063/1.2800316
  100. L.P. Dempsey, T.D. Sechler, C. Murray, M.I. Lester. J. Phys. Chem. A, 113, 6851 (2009). DOI: 10.1021/jp902935c
  101. M. Brouard, J. Lawlor, G. McCrudden, T. Perkins, S.A. Seamons, P. Stevenson, H. Chadwick, F.J. Aoiz. J. Chem. Phys., 146, 244313 (2017). DOI: 10.1063/1.4989567
  102. R.R. Baldwin, N.S. Corney, R.M. Precious. Nature, 169, 201 (1952). DOI: 10.1038/169201b0
  103. R.R. Baldwin, R.F. Simmons. Trans. Faraday Soc., 51, 680 (1955). DOI: 10.1039/TF9555100680
  104. R.R. Baldwin, R.F. Simmons. Trans. Faraday Soc., 53, 955 (1957). DOI: 10.1039/TF9575300955
  105. R.R. Baldwin, D.W. Cowe. Trans. Furaday Soc., 58, 1768 (1962). DOI: 10.1039/TF9625801768
  106. R.R. Baldwin, R.F. Simmons, R.W. Walker. Trans. Faraday Soc., 62, 2476 (1966). DOI: 10.1039/TF9666202476
  107. В.В. Азатян, В.А. Павлов, О.П. Шаталов. Кинетика и катализ, 46 (6), 835 (2005). [V.V. Azatyan, V.A. Pavlov, O.P. Shatalov. Kinetics and Catalysis, 46 (6), (2005). DOI: 0.31857/S0453881120030041]
  108. В.В. Азатян, Ю.Н. Шебеко, И.А. Болодьян, А.Ю. Шебеко, В.Ю. Навценя, А.В. Томилин. Хим. физика, 27 (7), 72 (2008)
  109. Н.М. Рубцов, Б.С. Сеплярский, А.П. Калинин, К.Я. Трошин. ЖТФ, 91 (6), 895 (2021). DOI: 10.21883/JTF.2021.06.50857.269-20
  110. С.А. Лосев, В.Н. Макаров, В.А. Павлов, О.П. Шаталов. Физика горения и взрыва, 9 (4), 463 (1973)
  111. А.С. Бирюков, А.Ю. Волков, А.И. Демин, Е.М. Кудрявцев, Ю.А. Кулагин, Н.Н. Соболев, Л.А. Шелепин. ЖЭТФ, 68 (5), 1664 (1975)
  112. J.D. Lambert, R. Salter. Proc. Roy. Soc., A253, 277 (1959). DOI: 10.1098/rspa.1959.0193
  113. R. Holmes, G.R. Jones, N. Pusat. J. Chem. Phys., 41 (8), 2512 (1964). DOI: 10.1063/1.1726296
  114. R.C. Millican, D.R. White. J. Chem. Phys., 39, 3209 (1963). DOI: 10.1063/1.1734182
  115. L. Landau, E. Teller. Phys. Z. Sow., 10, 34 (1936)
  116. J.C. Keck, G. Carrier. J. Chem. Phys., 43, 2284 (1965). DOI: 10.1063/1.1697125

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme