有分子内态激发和化学反应的流动的数值模拟

本文旨在研究双原子分子化学反应的微观模型、表面复合反应机制和分子 相继碰撞中的能量传递过程等问题。这些问题的本质是如何考虑分子和原子之 间的相互作用，传统的研究途径是从能量观点出发的。本文尝试将力学的观点 和方法，与分子模型和统计平均手段结合起来，在计算机的帮助下，分析和研 究这些问题。 本文所建立的依赖空间取向化学反应模型认为：化学键断裂的充要条件是 作用于化学键的拉伸力超过它的抗拉极限。由此导出的双原子分子的反应微观 判据及反应速率常数Arrhenius形式的表达式，反映了碰撞空间取向以及反应势 能面的影响。对这个模型的检验和应用表明：它能够解释了置换反应速率常数 实验数据拟合公式k_f=aTbexp(-Ts/T)中Ts<<epson_d/k_B的现象；可以用于整理和分析实验数据，在减少实验工作量的情况下，获得满意的结果；能够直观地表现分子振动能以及转动能激发程度和振动相位角对离解的影响，与P a r k模型和Hammerling等的模型的定量比较还显示了它处理振动离解耦合的能力。 我们按照力学的观点把表面复合反应过程分解为两个步骤：先相遇，后复 合。对相遇方式的分析表明：反应还可以按照碰撞对机制进行。经过动理学的 比较和分析，我们对Langmuir—Hinshelwood机制、Eley—Ridea1机制和碰撞对机制的重要性和反应阶数进行了定性的讨论，得到了一些有用的结果。 我们提出的单个靶分子方法从经典力学的基本方程和相互作用势出发，是 。一种经典的从头计算(ab initio)方法。它的突出特点是能够模拟分子之间的相继碰撞，直接给出了分子转动能或振动能随碰撞次数的变化过程，这对于了解和认识热力学非平衡现象特别有帮助口对同核双原子分子和惰性气体分子碰撞 过程的模拟结果，与实验或理论结果符合，说明单个靶分子方法的基本想法和 实施步骤，以及我们对惰性气体分子和同核双原子分子及其原子相互作用的考 虑，是现实可行的。 此外，本文附录还简要介绍了作者在读博士期间完成的其它工作，包括一 种自然的宏观流动量分解方法及封闭的平均流动方程、过渡领域三维复杂外形 绕流场的直接统计模拟以及过渡领域高超声速圆柱绕流的直接统计模拟等。