Tesis doctoral de Victor Morón Tejero
En esta tesis se ha realizado un estudio teórico de algunos de los procesos químicos elementales del oxígeno atómico y molecular sobre las superficies sólidas del grafito y de la íY-cristobalita. La intención ha sido la de ampliar el conocimiento sobre el comportamiento de los materiales usados como sistemas de protección térmica en vehículos espaciales durante la reentrada de éstos en la atmósfera terrestre. para entender mejor cómo tienen lugar estos procesos químicos heterogéneos sobre la superficie de grafito, se ha realizado un estudio a nivel de la teoría del funcional de la densidad sobre la interacción de oxígeno atómico y molecular con la superficie de grafito (0001). Así, se han caracterizado los principales puntos estacionarios (mínimos de adsorción, estados de transición,…) De las reacciones elementales: adsorción atómica y molecular, difusión, formación de moléculas de o2 a partir de las reacciones eley-rideal o langmuir-hinshelwood,.., Observando en todos los casos que son procesos energéticamente activados. Se han encontrado además dos pequeños mínimos de fisisorción para el átomo y la molécula, de acuerdo con los datos experimentales. Se han calculado las constantes de velocidad asociadas a cada uno de los procesos elementales a partir de la teoría del estado de transición, y se ha construido un modelo cinético (300 1000 k), en el que se han estudiado de forma global todos estos procesos, permitiendo además realizar una estimación del coeficiente de recombinación atómica, ampliamente utilizado en simulaciones computacionales de fluidos, obteniendo valores muy pequeños. Para profundizar más en el mecanismo microscópico de dichos procesos, se ha realizado también un estudio de dinámica molecular mediante el método de trayectorias cuasiclásicas sobre dos superficies de energía potencial, construidas mediante un método analítico (flexible periodic london-eyring-polanyi-sato, fpleps) y uno de interpolación (modified shepard), para la interacción de un átomo con el grafito, y sobre una superficie fpleps para la interacción de dos átomos con el grafito. Con esto se han podido determinar las probabilidades de reacción para cada uno de los procesos, el intercambio energético entre las especies gaseosas y la superficie sólida, los ángulos de dispersión,… Obteniendo un buen acuerdo de estos últimos con los resultados experimentales publicados. Se ha visto que la reflexión atómica y la adsorción atómica son los procesos principales para la superficie limpia. La reacción eley-rideal, que produce moléculas o2 excitadas internamente, se produce en la superficie con o preadsorbido, mientras que la disociación molecular observada ha sido despreciable. se ha completado el estudio dinámico del oxígeno sobre la superficie de íY-cristobalita (001), para los procesos de interacción de un átomo con la superficie cubierta de oxígeno atómico y para la colisión del o2 con la superficie limpia. Se han realizado además, cálculos dinámicos en condiciones quasitérmicas de los procesos elementales para obtener las constantes de velocidad asociadas y poder construir un modelo cinético (700 1700 k), con el que además se han evaluado los coeficientes de recombinación atómica (o) y de acomodación energética (íYo). Para el primero se han obtenido valores cercanos a los experimentales, comprendidos entre 0.01 i 0.02. En el caso de íYo se han obtenido valores entre 0.75 i 0.8, substancialmente distintos a los asumidos en algunas simulaciones previas (o =1). Se ha desmostrado que el proceso de adsorción atómica es mucho más importante que la reacción eley-rideal en la transferencia de calor total hacia la superficie sólida.
Datos académicos de la tesis doctoral «Atomic and molecular oxygen collision processes over some crystalline solids«
- Título de la tesis: Atomic and molecular oxygen collision processes over some crystalline solids
- Autor: Victor Morón Tejero
- Universidad: Barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 11/11/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Ramon Sayós Ortega
- Tribunal
- Presidente del tribunal: cédric Crespos
- María Rutigliano (vocal)
- (vocal)
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