Physics and chemistry of the influence of excited molecules on combustion enhancement

Abstract

The paper addresses detailed analysis of kinetic processes in the H 2 −O 2 , CO−O 2 and CH 4 −O 2 -reactive systems upon the presence of singlet oxygen molecules O 2 ( a 1 Δ g ) and and the influence of the activation of oxygen molecules in electric discharge on the acceleration of ignition in the H 2 −O 2 and CH 4 −O 2 mixtures. The possibility of the intensification of CO oxidation due to excitation of O 2 and N 2 molecule vibrations and generation of singlet oxygen molecules is also considered. It is shown that the effect of accelerating the ignition strongly depends on the reduced electric field and, as a consequence, on the composition of discharge plasma as well as on the features of chain mechanism development in oxy-fuel systems. It is revealed that the most effective approach for the intensification of CO oxidation both in the moist air and in the products of hydrocarbon combustion in air is the generation of O 2 ( a 1 Δ g ) molecules by electric discharge. Computations showed that the presence of 1% O 2 ( a 1 Δ g ) in the total oxygen allowed one to convert CO to CO 2 even at the temperature T =850–900 K in the time of 10 −2 s. The excitation of O 2 and N 2 molecule vibrations is less effective for such a conversion.

Interaction of Atomic Nitrogen with Electronically Excited Molecular Oxygen: a Theoretical Study

“…Для данного метода в качестве нулевого приближения волновой функции была взята волновая функция, полученная методом усредненного по состояниям многоконфигурационного самосогласованного поля в полном активном пространстве (SA-CASSCF) [19] с равными весами для рассматриваемых состояний. Для данной системы был выбран размер активного пространства в 11 электронов, находящихся на 9 орбиталях (сокращенно (11,9)). В такое активное пространство включены все p-электроны атома N и двух атомов O. Во всех расчетах в качестве основного базисного набора было взято корреляционносогласованное семейство базисов Даннинга с диффузными функциями (aug-cc-pVXZ, 2 4 X   ) [20].…”

“…Для рассматриваемых термов структуры реагентов, переходных состояний (TS) и возможных продуктов реакций были оптимизированы на уровне теории XMCQDPT2 (11,9)/augcc-pVDZ. Для данных структур на том же уровне теории был проведен анализ гармонических частот колебаний для проверки количества мнимых частот и расчета энергии нулевых колебаний (ЭНК).…”

“…Для поиска точек межсистемных переходов с минимальной энергией (Minimum Energy Crossing Point, MECP) была проведена оптимизация структур IC с использованием метода множителей Лагранжа [24] на уровне теории XMCQDPT2 (11,9)/aug-cc-pVDZ.…”

“…x, см T для электронных состояний молекул O2, полученные в рамках методологии данной работы, в сравнении с эталонными спектроскопическими измерениями [25]. Можно сделать вывод, что использование метода возмущений второго порядка позволяет в пределах выбранного активного пространства (11,9) получить оценки энергии e T в разумном согласии со спектроскопическими наблюдениями.…”

“…В частности, возбуждение O2 в различные электронные состояния (a 1 g, b 1 g + и т.д.) с помощью тлеющего электрического разряда предполагается критически важным в смысле энергоэффективной интенсификации цепных процессов в различных горючих смесях [11][12][13]. Отметим также, что электронное возбуждение O2 представляет интерес и с точки зрения лазерно-индуцированного горения [14][15], которое достигается за счет воздействия на газовую смесь резонансного лазерного излучения.…”