Исследование столкновительного уширения спектральных линий Q-ветви водорода молекулами воды в диапазоне температур 2000-3500 К методом КАРС-спектроскопии

• Автор: Верещагин, Алексей Константинович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Метод СГРС-спектроскопии, как инструмент для исследования молекулярных газов и диагностики горения
§1.1 Нелинейная спектроскопия рассеяния молекулярных газовых сред на основе процесса КАРС. Преимущества и недостатки

1.1.1. Контур линии спектров КАРС комбинационно-активных резонансов

1.1.2. Возможности, достоинства и недостатки спектроскопии КАРС в газах

§1.2. Экспериментальная реализация ДХРС-термометрии газовых сред

§1.3. Особенности /ОРС-тсрмометрии водородосодержащих пламен

1.3.1. Водород - как пробная молекула для определения температуры. Колебательно - вращательная структура КР активных переходов в молекулах И2
1.3.2. Метод обработки спектров Н2 для определения температуры. Обоснование необходимости измерения ширин линии водорода при высоких температурах (> 1000 К)
Выводы к Главе

Глава 21 Столкновительное уширение линий (9-ветви водорода привысоких температурах
§2.1 Особенности уширения спектральных линий в зависимости от давления и температуры
§2.2 Обзор работ по исследованию уширения линий водорода
Выводы к Главе

Глава 3. Экспериментальная установка. Импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления и трехканальный измерительный комплекс
§3.1. Импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления (ИКВД)
§3.2. Трехканальный измерительный комплекс для измерения давления, температуры и ширин линий
3.2.1. Измерение давления в камере сгорания
3.2.2. Измерение температуры. Широкополосный КАРС
3.2.3. Измерения ширин контуров спектральных линий методом интерферометрии Фабри-Перо. Широкополосный и двойной широкополосный КАДС-подходы и их сравнительный анализ
А К Верещагин. «Исследование столкновительного уширения спектральных линий (9-ветви водорода молекулами воды в
диапазоне температур 2000-3500 К методом /ОІРС-спектроскопии»
Оглавление
3.2.3.1. Применение ИФП для спектрального анализа контура линии
3.2.3.2. Спектроскопия контура линии за одну лазерную вспышку
3.2.4. Режим работы комплекса вместе с камерой сгорания
Выводы к Главе

Глава 4. Измерение ширин и температурных зависимостей коэффициентов уширения спектральных линий О-ветви молекул водорода в столкновениях с молекулами воды при высоких температурах
§4.1. Спектральный анализ контура линии. Интерпретация экспериментальных интерферограмм
§4.2. Измерение температуры с использованием экспериментально полученных /-зависимостей ширин линий 12-ветви водорода
§4.3. Определение плотности воды на основе измерений давления и температуры и расчетов адиабатического горения кислородно-водородной смеси
§4.4. Температурная зависимость коэффициентов уширения линий 2-ветви молекул водорода при столкновениях с молекулами воды в температурном диапазоне 2000-3500Я
Выводы к Главе

Заключение
Список литературы
А К. Верещагин «Исследование столкновитслыюго уширения спектральных лишім (9‘ветви водорода молекулами воды в
диапазоне температур 2000-3500 К методом /СДЯС-спекгроскопии»
Введение
Введение.
Необходимость исследований ширин линий О-ветни водорода при высоких температурах, проведенных в данной работе, продиктованы в первую очередь потребностью в этой информации в задачах термометрии кислородно-водородных пламен. При изучении и оптимизации процессов горения и горельных устройств, в камерах сгорания при высоких температурах и давлениях используются преимущественно оптические бесконтактные невозмущаюгцие методы диагностики, в том числе и методы КА /’С-спектроскопии. Обычно при КАРС-диагностике горения информация о температуре и плотности в исследуемой среде извлекается из спектров КАРС молекул, переходы которых наиболее удобны для регистрации и чувствительны по отношению к измеряемым параметрам. При этом экспериментальные спектры сравниваются с теоретическими, и по их наилучшему совпадению делается вывод о реализующихся в эксперименте газовых параметрах со значениями, заложенными в расчет для теоретического спектра. Точность определения газовых параметров зависит как от корректности модели, используемой для расчета КАРС-спектров, так и от надежности экспериментальных спектроскопических и-кинетических данных о положениях и ширинах контуров линий, спектра. Это, в частности, и определяет интерес к исследованию контуров" спектральных линий при- высоких температурах и давлениях газов.
При кислородно-водородном горении для, стабилизации-, процесса обычно используются, «богатые» смеси, где молекулы водорода присутствуют в исследуемом объеме как на стадиях перемешивания и горения, так и в продуктах сгорания, наряду с молекулами воды и являются удобными для /О/'С'-термометрии. При этом для измерения температуры экспериментально регистрируется КАРС-спекгр О-ветви молекулы водорода (4у = 1, А.1 = 0, где у - колебательное и 7 — вращательное квантовые числа), содержащий несколько разрешенных линий 7 = 0 — 12, из соотношения интенсивностей которых восстанавливается Больцмановское распределение молекул по вращательным состояниям (температура является параметром этого распределения).
В схеме «широкополосного КАРС», позволяющей одновременно получать весь спектр О-ветви водорода и часто используемой в задачах термометрии, аппаратная функция много шире отдельных спектральных линий. Поэтому регистрируемый, КАРС-спектр О-ветви молекулы водорода представляет собой набор контуров аппаратных функций, расположенных в местах локализации спектральных линий и имеющих амплитуды, пропорциональные интегральным интенсивностям линий. В свою очередь, интегральные интенсивности определяются населенностями вращательных уровней и
А.К. Верещагин. «Исследование столкновительного уширения спектральных линий (9-ветви водорода молекулами воды в
диапазоне температур 2000-3500 К методом АИЯС-спектроскопии».
Глава 2 Столкновительное уширеше линий 0-ветви водорода при высоких температурах
Рис.2.3. Детальные профили контура линии [29], предсказываемые в модели слабых (жирная пунктирная линия) и сильных (жирная сплошная линия) столкновений в сравнении с Лоренцевским (тонкая пунктирная линия) и Гауссовским (тонкая сплошная линия) профилями. По оси ординат отложена интенсивность (отн ед.), по оси абсцисс — отстройка от резонанса (отн.ед.). Профили показаны для четырех значений ширин линий, соответствующих пунктирным линиям на Рис.2.2.
Столкновение может поменять скорости сталкивающихся молекул как по абсолютной величине (v = |v|, speed changing) так и по направлению и величине одновременно (V, velocity changing). Столкновения с изменением скорости v {speed changing) могут быть более редкими, чем столкновения с изменением скорости v {velocity changing) - например, в смесях легких молекул с тяжелыми1. Когда столкновения меняют, в основном, направление скорости, но не ее величину, на интервале времени между столкновениями с изменением скорости v {speed changing) весь ансамбль молекул может рассматриваться как состоящий из подгрупп молекул {speed class) имеющих одинаковые по величине, но различные по направлениям скорости; внутри каждой такой подгруппы столкновения «сбивают» фазу излучающей молекулы, что и является причиной однородного уширения и сдвига «как целого» контура линии. Группе молекул, движущихся с некоторой скоростью v {speed class) можно сопоставить лоренцевский спектральный профиль («частичный» контур) с шириной усоц(v) {HWHM) и сдвигом Зсоц(у); интенсивность такого профиля пропорциональна доле молекул с заданной энергией. Для большинства «частичных» контуров (см. Рис.2.4а) спектральная ширина уже, чем Усон(>) ( - средняя скорость). Результирующий контур линии получается сложением
1 Первое наблюдение и исследование неоднородного уширения профилей колебатсльно-врашательных переходов Н2 в столкновитсльном режиме было выполнено в смесях Нг-Аг [32]
Л К Верещагин «Исследование столкновительного уширения спектральных линий 0*ветаи водорода молекулами воды в
диапазоне температур 2000-3500 А" методом /СЛРС-сиектроскопии».