DOI: 10.1051/jcp:1999203


J. Chim. Phys. Vol. 96, N°7  p. 1123-1145

A high temperature chemical kinetics study of the O ₂ dissociation and the O atoms recombination by ARAS

V. Naudet, S. Abid and C.E. Paillard

Laboratoire de Combustion et Systèmes Réactifs, UPR 421 du CNRS, 1c avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans cedex 2, France

Abstract
The dissociation rate of O ₂ was measured at very high temperature (3000 K to 4500 K) for pressure between 120 and 450 kPa from atomic oxygen concentration profiles in a shock wave. O concentration was measured using Atomic Resonance Absorption Spectrophotopetry (ARAS) at 130.5 nm. O-ARAS was calibrated by complete and rapid dissociation of N ₂O in N ₂+O. Two modified Beer-Lambert expressions were established, each of them was associated to a different detection system. O concentration could be measured between 7.10 ¹² and 3.10 ¹⁴ atoms cm-3. The influence of impurities and residual pressures on the measurements was discussed from simulations with detailed kinetic models. The expression of the rate constant of the dissociation reaction O ₂+Ar 2O + Ar is k _d (cm ³ mol ^-1 s ^-1) = 3.4 1014 (-55700/T), we deduced the recombination rate k _r (cm ⁶ mol ^-2 s ^-1) = 4 1013 (530/T). These two expressions agree with the ones recommended in recent compilations. The rate constants kd and kr could be estimated with an uncertainty less than 30% in the studied pressure and temperature ranges.

Résumé
La vitesse de dissociation de O ₂ est déterminée à très haute température (3000 à 4500 K), pour des pressions comprises entre 120 et 450 kPa, à partir des profils de concentration de l'oxygène atomique dans une onde de choc. La concentration de O est mesurée par Spectrophotométrie d'Absorption par Résonance Atomique (ARAS) à 130,5 nm. L'ARAS de O est étalonnée par dissociation complète et rapide de N ₂O en N ₂+O. Deux expressions de Beer-Lambert modifiées sont établies, chacune étant associée à un dispositif différent. Ainsi, la concentration de O peut être mesurée entre 7 1012 et 3 1014 atomes en cm-3. Le rôle des traces d'impuretés et des pressions partielles sur les mesures est discuté à partir de simulations impliquant des modèles détaillés. La constante de la réaction de dissociation O ₂+Ar 2O + Ar a pour expression k _d (cm ³ mol ^-1 s ^-1) = 3.4 1014 exp (-55700/T) d'où l'on obtient la constante de réaction de recombinaison k _r (cm ⁶ mol ^-2 s ^-1) = 4 1013 (530/T). Ces deux expressions sont en bon accord avec les valeurs conseillées sur les bases de compilation récentes. Elles permettent d'estimer la valeur des constantes kd et kr à mieux que 30 % près sur les intervalles de pression et température étudiés.

Key words: shock-tube -- chemical kinetics -- ARAS -- high temperature
Contents

© EDP Sciences 1999