УДК: 546.001.57

Компьютерное исследование влияния геометрии фронта и состава твердого тела на кинетические параметры реакции Атв/Втв + Сгаз

К.В. Томашевич, С.В. Калинин

Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова

В работе проведено моделирование процессов образования сложных реакционных фронтов в кинетически неоднородной среде и исследовано влияние геометрии фронта на кинетические параметры процесса. В качестве модели случайной неоднородной среды использовалась однородная смесь частиц двух типов: активных и пассивных, а также пор с долей w_p. Вероятность реакции (p_i) каждой частицы определялась по уравнению

p_i = k_i exp(E_i/(k_B*T) ),

где k_i предэкспоненциальный множитель, k_B константа Больцмана, E_i энергия активации для данного типа частиц, Т абсолютная температура. Абсолютная активность фронта g (без учета диффузии внутри фронта) определялась как g = p_{1w 1}+p₂(1-w ₁), где w ₁ доля частиц первого типа, p₁ активность частиц первого типа, p₂ - активность частиц второго типа. При попадании случайно блуждающей газовой частицы в элемент фронта i-того типа с вероятностью p_i происходила аннигиляция обеих частиц. Суммарная концентрация газовых частиц в системе поддерживалась постоянной.

Анализ основных характеристик процесса показывает, что реакционный фронт со временем становится стационарным, и в дальнейшем двигается с постоянной скоростью без существенных изменений своей геометрии.

Анализ геометрии реакционного фронта показал, что все фронты обладают фрактальными свойствами с D_loc = 1.3 лишь на очень небольшом интервале длин, в то время как глобальная размерность фронта D_glob = 1.0, т.е. фронт в целом одномерен.

Для анализа влияния степени неоднородности среды (задаваемой отношением активностей фаз) на кинетические характеристики процесса, была проведена серия экспериментов при различных температурах для фиксированного состава. Рассчитанные значения констант скоростей плавно изменяются от значений, соответствующих активной фазе, к значениям, соответствующим пассивной фазе, внутри сравнительно узкого температурного интервала. Следствием этого является то, что кажущееся значение энергии активации процесса может быть больше, чем для каждой из фаз по отдельности.