非平衡高超声速流动中氮和氧三体复合的主方程研究

本工作旨在研究当系统在零维等温反应器中突然冷却从而引发强烈非平衡时，N$_{2}$$\left(^{1}\sum^{+}_{g}\right)$+N$\left(^{4}S_{u}\right)$ 和 O$_{2}$$\left(^{3}\sum^{+}_{g}\right)$+O$\left(^{3}P_{2}\right)$ 化学体系中的能量传递与复合过程。对非平衡现象的态态 (StS) 研究对于开发能够准确捕捉所涉热物理过程的精确且高效的降阶模型至关重要。由主要处于 10,000 K 高初始温度下的原子组成的混合气体，被突然置入低温热浴中，以模拟非平衡复合条件。每个体系的微观能级布居分布通过求解主方程组来确定。与振动模式相比，转动模式更快达到平衡的传统假设对于 $N_2 +N$ 成立，但对于 $O_2 +O$ 并非很强的假设，因为两者的弛豫时间尺度相当。使用求解主方程得到的布居分布，计算了准稳态 (QSS) 阶段的有效复合速率常数。研究还观察到，加热和冷却的弛豫时间常数不同，由于膨胀流动中的非简谐效应，冷却情况下的时间常数较低。本文还尝试利用 StS 分析的见解，为这两个化学体系中所涉及的复合过程确定准确的分箱策略。