01.04.17 – химическая физика (в т.ч. физика горения и взрыва)

Решение коллегии ВАК от 6 октября 2004 г. № 4/17
 

Электронное строение молекул. Элементарные атомно-молекулярные процессы

  • Метод молекулярных орбиталей и его применение к двухатомным молекулам. Молекулярный ион водорода и молекула водорода. Силы Ван-дер-Ваальса. Водородная связь. Понятие о методе самосогласованного поля.
  • Упругие столкновения атомов. Полное и дифференциальное сечения рассеяния. неупругие столкновения. Вероятности переходов, сечения и константы скорости прямых и обратных процессов. Энергетическая динамика и селективная заселенность электронных, колебательных и вращательных состояний. Вращение и вращательные уровни молекул. Колебания молекул. Взаимодействие вращений и колебаний. Классификация электронных состояний двухатомных и простейших многоатомных молекул. Взаимодействие электронного и вращательного движений в двухатомных молекулах. Электронно-колебательное взаимодействие. Электронно-колебательное взаимодействие. Вращательные и колебательно-вращательные спектры. Электронные переходы. Превращение поступательной, вращательной и колебательной энергий при столкновениях. Релаксация по поступательным, вращательным и колебательным степеням свободы. Кинетические уравнения для заселенностей уровней энергии (в том числе при наличии химических реакций).
  • Возбуждение атомов и молекул электронным ударом. Фотоионизация. Рекомбинация электронов и атомов.

Строение и свойства твердого тела. Наноматериалы

  • Природа сил взаимодействия в кристаллах. Колебания и волны в одномерной решетке. Колебания атомов трехмерной кристаллической решетки. Нормальные колебания. Электрон в периодическом поле. Приближение слабо и сильно связанных электронов. Структура энергетических зон.
  • Углеродные наноматериалы. Фуллерены и фуллереноподобные структуры в конденсированных средах.

Химические реакции. Кинетическое описание химических реакций

  • Механизм и скорость химической реакции. Критическое уравнение. Порядок реакции. Константа скорости и энергия активации. Односторонние и обратимые реакции первого и второго рода. Кинетика реакций первого порядка в открытой системе. Кинетика сложных реакций. Лимитирующая стадия сложного процесса.
  • Фотохимические и радиационно-химические реакции. Механизм гомогенного катализа. Автокаталитические реакции.
  • Катализ твердыми поверхностями. Хемосорбция и механизмы реакций, протекающих на твердых поверхностях. Химические механизмы и физика каталитических процессов.
  • Понятие о цепных реакциях. Зарождение, продолжение и обрыв цепей.

Физика и химия горения и взрыва

  • Медленное горение газовой смеси. Соотношения между термодинамическими величинами исходного и сгоревшего газов. Газодинамика медленного горения. Структура пламени и кинетика химических реакций в пламенах. Динамические режимы теплового взрыва.
  • Ламинарное горение. Распространение пламени в трубах и в ограниченных системах. Пределы распространения пламени, теплопотери из зоны пламени. Теория Зельдовича. Массообмен и химические реакции в ламинарном пограничном слое.
  • Турбулентное горение. Основы статистической теории турбулентности. Теория турбулентного распространения пламени. Генерирование турбулентности пламенем. Пределы распространения пламени в турбулентном потоке. Массообмен и химические реакции в турбулентном пограничном слое.
  • Зажигание горючей смеси искрой. Условия зажигания. Критические условия зажигания. Теория твердофазного зажигания. Гетерогенная модель зажигания. Воспламенение дисперсных систем и мелкодисперсных металлов.
  • Основы химической термодинамики. Фазовые и химические превращения, химические равновесия, равновесие фаз, закон действующих масс. Растворы. Термодинамика, термохимия и макрокинетика процессов горения и взрывчатого превращения.

Фильтрационное горение

  • Структура пористых тел, модели пористых сред. Формы связи влаги с материалом.
  • Процессы тепло - и массопереноса в пористых средах. Феноменологические теории, квазигомогенное приближение и эффективные коэффициенты диффузии. Закон Дарси. Осреднение в теории пористых сред.
  • Многофазная фильтрация, коэффициенты внутреннего теплообмена, эффективной теплопроводности теплоносителя и эффективной диффузии. Кондуктивный теплоперенос в пористых телах. Коэффициент лучистой теплопроводности для пористых сред.
  • Фильтрационное горение газов в пористых средах, сверхадиабатический эффект. Соотношение между максимальной (сверхадиабатической) температурой в зоне горения и скоростью движения фронта реакции. Фильтрационное горение конденсированных систем. Технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС – технологии).

Ударные волны и детонация

  • Распространение возмущений в потоке сжигаемого газа, число Маха, до – и сверхзвуковое течения. Стационарный поток сжигаемого газа. Возникновение поверхностей разрыва, граничные условия на поверхностях разрыва. Ударные волны, ударная адиабата. Направление изменения величины в ударной волне. Соотношения между термодинамическими параметрами в случае ударной волны в идеальном газе. Истечение газа через сопло.
  • Нестационарные движения газа, волны разрежения. Характеристики, инварианты Ринана.
  • Механизм распространения горения, связанный с ударными волнами, детонационная волна. Граничные условия на детонационной волне, детонационная адиабата, точка Жуге.Соотношения между различными величинами в детонационной волне в идеальном газе.
  • Распространение детонационной волны. Пределы детонации, детонационный спин. Критический диаметр детонации и его природа для гомогенных и гетерогенных веществ.

Водородная энергетика

  • Краткие сведения о топливных элементах. Принцип действия топливного элемента. Основные типы топливных элементов (ТЭ): ТЭ на основе ионообменных мембран, фосфорнокислотные ТЭ, твердокислые ТЭ и др. Высокотемпературные и низкотемпературные мембраны.
  • Синтез водорода, хранение и транспортировка водорода. Аккумулирование водорода в углеродных наноструктурах. Возможные области применения химических источников тока на основе топливных элементов.

Литература

  1. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.; Физ.- Мат. Гиз., 1962
  2. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики: М; Высшая школа. 1974.
  3. В.Н.Кондратьев, Е.Е. Никитин. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.; Наука, 1974.
  4. Дж. Наррел, С. Кетти. Дж. Теддер. Теория валентности. М.: Мир, 1968.
  5. Д.А. Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука.
  6. Е.А. Мельвин-Хьюз. Равновесие и кинетика реакций в растворах. М.: Химия, 1975.
  7. Н.Н.Семенов. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: АН СССР, 1958.
  8. Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980.
  9. Я.Б. Зельдович, Ю.П. райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966.
  10. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
  11. Я.Б.Зельдович, А.С. Компанеец. теория детонации. М.: ГТТИ, 1955.
  12. Б. Льюис, Г. Эльбе. Горение, пламя и взрывы в газах. М.: Мир, 1968.
  13. К.И. Щелкин, Я.К. Трошин. Газодинамика горения. М.: АН СССР, 1963.
  14. А.Ф.Беляев, В.К. Боболев и др. Переход горения конденсированных систем в взрыв. М.: Наука, 1973.
  15. В.Н. Вилюнов, Теория зажигания конденсированных веществ. М.: Наука, 1984.
  16. П.Ф.Похил, А.Ф. Беляев и др. Горение порошкообразных металлов в активных средах. М.: Наука, 1972.
  17. Г.Б. Манелис, Г.М. Низин, Ю.Н. Рубцов, В.А. Струнин. Теоретическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов. М.: Наука, 1996.
  18. Ачасов О.В., Кудрявцев Н.Н.. Новиков С.С.. Солоухин Р.И., Фомин Н.А. Диагностика неравновесных состояний в молекулярных лазерах. Мн.: Наука и техника, 1985.
  19. Солоухин Р.И. Ударные волны и детонация в газах. М.: Физматиздат, 1963.
  20. Л.И. Хейфец, А.В. Неймарк. Многофазные процессы в пористых средах. М.: Химия, 1982.
  21. Н.В.Павлюкевич. Введение в теорию тепло-и массопереноса в пористых средах. Мн.: ИТМО, 2002.
  22. Добрего К.В., Жданок С.А. Физика фильтрационного горения газов. Мн.: ИТМО, 20002.
  23. Мержанов А.Г. Тепломассообмен в процессах горения. Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1980. с. 36-58.
  24. Дорренс У.Х. Гиперзвуковые течения вязкого газа. М.: Мир, 1966.
  25. Алексеев Б.В. Пограничный слой с химическими реакциями. М.: ВЦ АН СССР, 1967.
  26. Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Сб. научных трудов.: 2000.