Воспламенение и горение газовых смесей при возбуждении молекул резонансным лазерным излучением

• Автор: Луховицкий, Борис Иосифович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Содержание
Основные обозначения и сокращения
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Методы лазерно-индуцированного инициирования воспламенения
1.1.1. Локальный нагрев реагирующей смеси лазерным излучением
1.1.2. Фотодиссоциация молекул лазерным излучением
1.1.3. Лазерная искра
1.2. Возбуждение внутренних степеней свободы молекул лазерным излучением
1.3. Термически неравновесные модели химической кинетики
1.3.1. Уровневые модели
Глава 2. Модели уровневой и модовой кинетики в химически реагирующем газе
2.1. Модель уровневой кинетики
2.1.1. Основные уравнения
2.1.2. Сравнение результатов модели уровневой кинетики с
экспериментальными данными
2.2. Модовая модель
2.3. Процессы за ударной волной
2.3.1. Основные уравнения и граничные условия
2.3.2. Сравнение результатов уровневой и модовой моделей

2.3.3. Термически неравновесные процессы при воспламенении и горении водородных и углеводородных топлив за ударной волной
Глава 3. Инициирование воспламенения при возбуждении внутренних степеней свободы реагирующих молекул резонансным лазерным излучением
3.1. Модель и основные допущения
3.2. Инициирование воспламенения смесей Нг-СЬ-ЕЬО при возбуждении асимметричной моды молекулы Н2О
3.3. Инициирование воспламенения смесей Н2-воздух-Оз при возбуждении асимметричной моды молекулы Оз
3.4. Инициирование воспламенения смесей ТЬ-воздух-Оз в сверхзвуковом потоке при возбуждении асимметричной моды молекулы Оз
3.5. Инициирование горения в смесях СН^СгНзУ-воздух-Оз при возбуждении асимметричных колебаний молекулы Оз
3.6. Интенсификация горения при одновременном возбуждении колебательных и электронных состояний молекулы О
Глава 4. Сравнение эффективности методов лазерно-индуцированного воспламенения
Заключение
Литература
Приложение А. Константы скорости химических реакций
Приложение Б. Константы скорости колебательных обменов

Основные обозначения и сокращения
Обозначения
а;+^ — стехиометрические коэффициенты д-ой реакции, приводящей к об-
разованию или уничтожению г-го компонента
а,- — коэффициент использования колебательной энергии
(3 — угол наклона фронта ударной волны к вектору скорости набегающего
потока
|:у;,у — коэффициенты разложения д-ой реакции по координатам нормальных
колебаний
у/ — мольная доля компонента /-го сорта
АН — тепловой эффект реакции
— средний запас колебательных квантов в моде §
0| — характеристическая температура |-ой моды
0(х) — функция Хевисайда
X/ — длина волны лазерного излучения
)чтг — длина волны в центре спектральной линии поглощающего перехода
ги —> п
р — молекулярная масса смеси
р,- — молекулярная масса молекул /-го сорта
л'ь — колебательная частота моды Н
V/ — частота лазерного излучения
— номер моды нижнего состояний перехода т —» п
— номер моды верхнего состояний перехода т —> п
р — плотность газа
о/ — сечение поглощения лазерного излучения
— время теплопроводности
ха — время распространения звуковых колебаний поперек пучка лазерного
излучения
х'ск — характерное время протекания /-ой химической реакции
х1в — время многокомпонентной диффузии /-го компонента
Тд. — время колебательной термодиффузии /-го компонента
хр — время изменения состояния среды вследствие действия стрикцион-
ной силы

углеводородов.
Таким образом, методы лазерно-индуцированного инициирования воспламенения и горения обладают определенными преимуществами перед традиционными способами поджига различных горючих смесей. Из проведенного обзора литературы следует, что возбуждение колебательных степеней свободы молекул приводит к существенной интенсификации реакций и, в том числе, реакций цепного механизма воспламенения. Проведенный анализ демонстрирует возможность инициирования горения путем возбуждения колебательных или электронно-колебательных степеней свободы реагирующих молекул, однако, пока данный метод является недостаточно изученным. В связи с вышесказанным представляет интерес исследование кинетики цепных химических реакций при воспламенении различных горючих смесей, при возбуждении реагентов лазерным излучением. Данное исследование требует построения модели физико-химической кинетики, позволяющей описывать кинетический процессы воспламенения с учетом колебательной и электронной неравновесности и селективного поглощения лазерного излучения реагентами.
1.3. Термически неравновесные модели химической кинетики
Необходимость учета нарушения термодинамического равновесия между поступательными, вращательными, колебательными и электронными степенями свободы молекул возникает при описании различных физических явлений в газовых потоках [51]. Еще в двадцатые годы прошлого столетия Гер-цфельд и Райс [52] предположили, что аномальное поглощение и дисперсия ультразвуковых волн в многоатомных газах, неоднократно наблюдавшиеся до этого, объясняются замедленным колебательно-поступательным обменом энергией. Позже необходимость учета колебательной релаксации для описа-