Основной целью исследования является построение и валидация самосогласованных многотемпературных моделей, учитывающих многочисленные каналы колебательной релаксации в углекислом газе. Разработаны модели разной степени сложности, которые позволяют достаточно точно рассчитать времена релаксации, коэффициенты переноса и релаксационные члены в углекислом газе в широком диапазоне температур и неравновесных условий. Кроме того, на основании полученных результатов оценены пределы применимости формулы Ландау-Теллера для расчета релаксационных членов в уравнениях для колебательных энергий разных мод молекул CO2.
Построенные на первом этапе проекта модели времен релаксации использованы для решения задачи о пространственно-однородной релаксации молекул СО2 в многотемпературном приближении. Уравнения колебательной релаксации записаны в виде оригинальных и модифицированных формул Ландау-Теллера в трех- и двухтемпературном подходах. Смоделированы релаксационные процессы в четырех тестовых примерах с различными начальными условиями и проведено сравнение температурных профилей. Наилучшее согласие с решением, полученным на основе экспериментов Лосева для времен релаксации, получается при использовании многотемпературных времен релаксации с использованием модели нагруженного гармонического осциллятора (FHO) для вероятностей переходов. Для модели FHO и экспериментальных времен температуры связанных и антисимметричных мод практически не различимы, тогда как для модели Шварца-Славского-Герцфельда (SSH) релаксация в антисимметричной моде происходит значительно медленнее из-за заниженных скоростей межмодовых колебательных переходов. Таким образом, использование моделей FHO и SSH приводит к различным механизмам колебательной релаксации.
Выражения Ландау-Теллера с многотемпературными временами релаксации неприменимы в сильнонеравновесных условиях, поскольку они получены путем линеаризации точных выражений для релаксационных членов, полученных методами кинетической теории, относительно различий в колебательной температуре и температуре газа.
