Calcul des concentrations et filtrage d’un mélange réactif complexe méthode de calcul des équilibres partiels avec invariants de réaction application à un plasma d’azote et d’eau à haute température

Laboratoire d’Aérothermique du C.N.R.S., 4 ter, Route des Gardes, 92190 Meudon., France.

Résumé

L’introduction de la cinétique chimique complique considérablement les calculs d’écoulements gazeux à haute température. Une méthode approchée consiste à admettre que certaines réactions chimiques sont figées, les autres étant à l’équilibre. Cette hypothèse d’« équilibre partiel » du mélange nécessite, dans un premier temps, de déterminer les réactions rapides et les réactions lentes ainsi que les espèces significatives; dans un deuxième temps, de calculer les concentrations chimiques. Cet article traite de la méthode générale de calcul des équilibres partiels avec invariants de réaction et de l’application à un mélange d’azote et d’eau.

Abstract

High temperature gas flows are extremely complex since numerous species and chemical reactions are present. Neither the assumption of chemical equilibrium nor fixed composition calculations can lead to an adequate description of the phenomena. If the equations governing the chemical kinetics are introduced, the problem becomes quite difficult to solve. However, it is possible to consider the latter approximatively without complicating beyond means. Certain chemical reactions are considered to be inert while the others are considered to be in chemical equilibrium.

This is the hypothesis of partial equilibrium. Thus, it is neccessary to first classify the reactions as being either slow or fast and, to determine the influencing species for a given set of conditions. Then, the chemical invariants of the mixture will be known. Afterwards, for a given temperature and pressure, the concentrations are calculated.

A general partial equilibrium method with the reaction invariants is indicated here and this method makes possible the exploration of any multi-reaction system, by restricting or adding some reactions. A mixture of nitrogen and water in the plasma slate and at high temperature is then studied.