Аппаратура и методы молекулярного рассеяния и флюоресценции для локальных измерений в потоках газов с горением

• Автор: Федоров, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 263 с. : 51 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основы методов РР, СКР, КАРС, ЛИФ

1.2 Возможности средств для измерений в потоках в конце 1980-х

2.1 Двухволновый КАРС-спектрометр для одновременных измерений температур и концентраций вещества

2.2 Многоцелевой КАРС-спектрометр на основе мощного лазера

2.2.1 Несущая конструкция

2.2.2 Лазер накачки
2.2.3 Перестраиваемый лазер
2.2.4 Приемная система
2.2.5 Тестирование в пламенах водорода, пропана и этанола
РАЗДЕЛ 3. РАСЧЕТ СПЕКТРОВ
3.1 Спектры однофотонных переходов - ЛИФ. Алгоритмы расчета спектров флуоресценции и эмиссии радикалов
3.1.1 Радикал ОН (система А22? —X2П)
3.1.2 Радикал БШ (система А2А~Х2П)
3.1.3 Радикал СН (системы А2А-Х2П, В2£-Х2Ц
3.1.4 Ион И2+ (система В217и+~Х2£г+)
3.1.5 Сравнение с известными экспериментальными спектрами ЛИФ
3.2 Спектры двух- и четырехфотонных переходов - КР и КАРС
3.2.1 Программа “САКБвресЛа”
3.2.2 Алгоритмы расчета спектров
3.2.3 Сравнение с известными экспериментальными спектрами КАРС
РАЗДЕЛ 4. СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ КАРС
4.1 Уменьшение случайной погрешности измерений в схеме широкополосного КАРС с двукратно вырожденными частотами лазера накачки
4.2 Уменьшение случайной погрешности измерений в схеме двойного
широкополосного КАРС для чисто вращательных спектров
РАЗДЕЛ 5. ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ В ИССЛЕДОВАНИЯХ
5.1 Измерения методом РР
5.1.1 Конденсация смесей в свободной струе
5.1.2 Применимость рэлеевскогорассеяния для исследования пламен
5.2 Измерения методом КР
5.2.1 Бесконтактные измерения в пламени для проверки данных зондового масс-спектрометрического метода
5.2.2 Применение метода вращательного КР для исследования газовых
примесей
5.3 Измерения методом КАРС
5.3.1 Двухточечные из.мерения
5.3.2 Измерение температуры горения твердого топлива
5.3.3 Исследование вихревого течения методом двойного широкополосного
КАРС
5.4 Измерения методом ЛИФ
5.4.1 Применение ЛИФ в линейном режиме для исследования пламен этанола
и водорода
5.4.1.1 Температура в диффузионных пламенах
5.4.1.2 Температура при горении смеси Н
5.4.1.3 Концентрация радикалов ОН
5.4.2 Применение ЛИФ в режиме с насыщением сигнала для исследования
пламен этанола и водорода
5.4.2.1 Концентрация радикалов ОН в пламенах этанола и водорода
5.4.2.2 Концентрация радикалов СН при горении на сфере
5.4.2.3 Концентрация радикалов ОН в пограничном слое с горением этанола
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Распределение концентрации радикала ОН в турбулизованном пограничном слое с испарением и горением
этанола
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Распределение концентрации радикала ОН в турбулизованном пограничном слое в закрытом канале и с
ускорением потока
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Распределение параметров в трубке Ранка-Хилша.,227 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Распределение радикалов ОН в диффузионном
пламени водорода
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Совместные калибровки по волновым числам двух
линеек
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. О сверхравновесной концентрации радикалов
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Оценка расхождений между осреднёнными и
импульсными измерениями
ПРИЛОЖЕНИЕ К. ТЕКСТЫ ПРОГРАММ
К.1 Программы расчета спектров ЛИФ ОН (А2!?*—Х2П, 0-0, 1-1)
К.2 Программы расчета спектров ЛИФ ОН (А227*<—X2П, 1-0, 2-1)
К.З Программы расчета спектров ЛИФ ЬШ (А2А~Х2П, 0-0, 1-1, 2-2)
К.4 Программы расчета спектров ЛИФ СН (В2Х'~Х2П, 0-0)
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Акты внедрения

ных интенсивностей полос, заимствованные из линейной спектроскопии, неприменимы без дополнительного обоснования.
Исследования с применением ЛИФ также отражали состояние экспериментальной техники в тот период. Создание лазеров на красителе, работавших в режимах удвоения и суммирования частоты, делало возможным возбуждение электронных переходов различных радикалов. Имевшиеся компьютеры, требования к которым были не такие высокие, как для КАРС, позволяли моделировать взаимодействие света с радикалами и рассчитывать спектры ЛИФ, используя всю информацию, накопленную в предшествующий период. Послуживший основой таких вычислений подробный алгоритм расчета эмиссионного спектра для радикала ОН впервые был приведен в известной работе [84]. Однако, широкодоступных программ также еще не было создано.
В работе [127] измеряли температуру в водородо-воздушном и метановоздушном пламенах при атмосферном давлении с применением трех методов -ЛИФ (радикала ОН), КАРС (g-ветви N2) и КР. Полученные данные оказались в хорошем соответствии друг с другом и с известными литературными данными.
Известен метод измерения мгновенной температуры, когда в двухволновой схеме с настройкой на две линии проводят разделенное во времени возбуждение радикалов с двух уровней нижнего состояния на общий уровень верхнего [76]. Такое двухэтапное измерение необходимо провести с короткой задержкой по времени. Отношение измеренных населенностей не будет искажено тушением и в случае больцмановского распределения по уровням будет пригодно для получения температуры.
Появление многоканальных фотоприемников (Ши 2D) позволило раскрыть информативные возможности методов, и дало толчок к развитию импульсных измерений методом КАРС и панорамных измерений методом ЛИФ - т.н. Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF). В работе [107] приводится описание применяемой в методе ПЛИФ лазерной и регистрирующей аппаратуры и полученные изображения распределений температуры и концентрации ОН в пламени. Однако следует помнить, что в большинстве применений этот метод позволяет получить только