Способ определения константы скорости процесса термической ионизации

397831 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскил.1972 ( 1741153 Заявле с присоединением заявкиПриоритет асударственныи камитеСавета Мииистрав СССРпа делам изааретеиийи аткрытий УДК 533.6.01 (088.8) публиковацо 171 Х.1973. Бюллетень37ата опубликования описания 29.1.1974 Авторы зобретени. Ожиг Заявител ПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ПРОЦЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ИОН ИЗАЦИИгазовои динамик для изучения ки ой ионизации аза, например,Изобретение относится к е и может быть использованонетики процесса термическв высокоскоростном потоке г в ударных волнах.Знание механизма и констант скоростей ионизации и рскомоинации газов при высоких температурах необходимы в расчетах высокоскоростных течений, обтекания гиперзвуковыхаппаратов и т, д,Известны способы определения констант скоростей гомогенных реакций ионизации и рекомбинации при высоких температурах газа путем измерения концентрации ионизованных компонентов в неравновесной зонс.Недостаток известных способов заключается в том, что измерения ведутся в нестационарных условиях. По мере достижения ионизационного равновесия изменяется температура газа, а следовательно, и константа скорости процесса ионизации.Этот эффект сказывается даже в благородных газах и оказывается намного сильнее в диссоциирующем газе типа воздуха, где процесс ионизации начинается до завершения диссоциации и поэтому подверкен охлакдающсму эффекту диссоциативной релаксации.Цель изобретения - повышение точности определения константы скорости ионизации.Эта цель достигается так. На высокоскоростной поток термическиионизованного газа с установившимися равновесными значениями темпсрат ры ц концентрации компонентов, в том числе ионов ц 5 электронов, накладывают поперсчно направленное постояннос магнигнос поле. Прц этом осуществляют эффективное торможснц" наиболее тяжелых заряженных частиц в зоне магнитного поля н создают стационарный цз быток их в зоне поля и понижение концентрации на выходе из этой зоны по сравнению с равновесным значением, Далсс измеряют распределение концентрации заряженных частиц вниз по потоку в газе, вытекающем 15 из зоны магнитного поля, т. с. прослеживаютпроцесс установления равновесия. Используя уравнения химической кинетики, вычисляют величину константы скорости цоццзаццц. Для повышения точности можно находить и кон станты скорости рекомбинации, параллельноизмеряя концентрацию заряженных частиц в зоне магнитного поля (параметры нсвозмущенного газа считаются цзвсстцымц ц контролируемыми) и по заксцам хцмцчсской кц нетики вычисляя константу скорости рекомбинации.Необходимым условием для обсспсчснцяизотермическпх условий 11 поцесса цонцзации является малость равновесной концентрации 30 заряженных частиц по сравнению с концен397831 Предмет изобретения 45 50 55 К Заказ 50/12 Изд. Ме 16 Тираж /5 о Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 трацией нейтральных частиц, В этом случае тепловой эффект процессов рекомбинации и ионизации, а также накопление ионов и электронов в области магнитного поля слабо влияют на температуру газа. Зону магнитного поля можно сделать достаточно узкой и имеющей, по возможности, резкие границы. Величина напряженности магнитного поля зависит от скорости и сорта заряженных частиц, плотности потока, Например, напряженности магнитного поля 0=1 - :4 кэ достаточно, чтобы осуществить торможение ионов ИО+ в потоке со скоростью несколько тысяч метров в секунду в зоне, ширина которой 1=1 - ;2 см.Обозначим параметры газа в области перед зоной магнитного поля индексом 1, в зоне поля - 11, непосредственно за зоной магнитного поля - 111.Газ в зоне 1 предполагается равновесно ионизованным.Пусть ионизация и рекомбинация в данном газе протекают по схеме:К;А+ МА е+ М, (1)Кг где К; и К, - константы ионизации и рекомбинации, условия таковы, что равновесная концентрация заряженных частиц мала по сравнению с концентрацией нейтралов, т. е. концентрации веществ А и М во всех трех зонах практически одинаковы и равны соответственно А и М,На выходе из магнитного поля (зона 111) газ сильно обеднен ионизованной компонен- той(ен 1е,).Здесь идет процесс установления равновесной ионизации. Его скорость равна разности скоростей ионизации и рекомбинации:= К, А м - К, А+п е 1 н 1 м 1. (2)С учетом уравнений кинетики для остальных зон можно получить:- (3)е 1 где е, определяется из условия термодинамического равновесия. В случае ионизационногогдемеханизма типа А+В АГАВ е 5101520 25 30 35 40 На некотором удалении от границы магнитного поля газ возвращается в состояние равновесной ионизации.Концентрацию электронов измеряют как функцию расстояния от границы магнитного поля. С помощью известной скорости течения газа У рассматривают кривую зависимости еш от времени /, причем угол наклона этой кривой дает скорость. По формулам (3 и 4) рассчитывают константу скорости ионизации К;, При необходимости можно измерить и время восстановления равновесной ионизации.Преимущество такого способа по сравнению с измерением ионизационной релаксации за фронтом ударной волны обусловлено наличием уже установившегося колебательного и диссоциативного равновесия, что способствует постоянству температуры в зоне неравновесной ионизации и тем самым - получению более точных значений констант скоростей. Осуществить измерения констант скоростей по предложенному способу можно, например, в ударной трубе. Поперечное к оси трубы магнитное поле нетрудно создать в диэлектрическом и даже металлическом отсеке ударной трубы. Измерение концентраций в интересующих зонах производится во время прохождения через зону магнитного поля той части пробки, в которой установилось термодинамическое равновесие газа, Для измерения концентрации заряженных частиц можно использовать любые средства диагностики плазмы, дающие приемлемое разрешение в пространстве и времени (электростатические и радиочастотные зонды, СВЧ рефлектометры и т. д.). Обработка результатов производится по формулам, приведенным выше. Способ определения константы скорости процесса термической ионизации газа в высокоскоростном потоке путем измерения концентрации ионизованных компонентов в неравновесной зоне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения константы скорости ионизации, поток равновесного, термически ионизованного газа пропускают через зону поперечного магнитного поля, измеряют распределение концентрации заряженных частиц вниз по потоку в газе, прошедшем зону магнитного поля, и по измеренному распределению судят о величине упомянутой константы,