Научная статья на тему 'Аппаратура для измерений в сфокусированных лазерных пучках и ее применение'

Аппаратура для измерений в сфокусированных лазерных пучках и ее применение Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
168
120
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ / RAMAN SCATTERING / ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ / LASER-INDUCED FLUORESCENCE / ГОРЕНИЕ / ПЛАМЯ / FLAME / COMBUSTION

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Федоров Сергей Юрьевич, Бояршинов Борис Федорович

Разработаны аппаратные и программные средства для невозмущающих измерений в потоках реагирующих газов методами многофотонного рассеяния и флуоресценции. Получены данные о температуре, концентрациях молекул и радикалов в пламенах газообразного и твердого топлива, в вихревом течении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Федоров Сергей Юрьевич, Бояршинов Борис Федорович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EQUIPMENT FOR MEASUREMENTS IN FOCUSED LASER BEAMS AND ITS APPLICATIONS

Аn apparatus and programs was developed for nonperturbing measurements in flows of reacting gases by methods of multiphoton scattering and fluorescence. Data on temperature, concentrations of molecules and radicals was obtained in flames of gaseous and solid fuel, and in vortex-type flow.

Текст научной работы на тему «Аппаратура для измерений в сфокусированных лазерных пучках и ее применение»

Оптика

УДК 535.375.56;535.372;53.082.5

АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ

В СФОКУСИРОВАННЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКАХ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Сергей Юрьевич Федоров

Институт теплофизики им С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 1, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)316-50-41, e-mail: fedorov@itp.nsc.ru

Борис Федорович Бояршинов

Институт теплофизики им С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 1, доктор технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)316-50-41, e-mail: boyar@itp.nsc.ru

Разработаны аппаратные и программные средства для невозмущающих измерений в потоках реагирующих газов методами многофотонного рассеяния и флуоресценции. Получены данные о температуре, концентрациях молекул и радикалов в пламенах газообразного и твердого топлива, в вихревом течении.

Ключевые слова: комбинационное рассеяние, лазерно-индуцированная флуоресценция, горение, пламя.

EQUIPMENT FOR MEASUREMENTS IN FOCUSED LASER BEAMS AND ITS APPLICATIONS

Sergey Yu. Fedorov

Kutateladze Institute of Thermophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 1 Akademika Lawrent’eva avenue, candidate of physical and mathematical sciences, senior researcher of laboratory of thermochemical aerodynamics, tel. (383)316-50-41, e-mail: fedorov@itp.nsc.ru

Boris F. Boyarshinov

Kutateladze Institute of Thermophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 1 Akademika Lawrent’eva avenue, doctor of technical sciences, senior researcher, senior researcher of laboratory of thermochemical aerodynamics, tel. (383)316-50-41, e-mail: boyar@itp.nsc.ru

Ап apparatus and programs was developed for nonperturbing measurements in flows of reacting gases by methods of multiphoton scattering and fluorescence. Data on temperature, concentrations of molecules and radicals was obtained in flames of gaseous and solid fuel, and in vortex-type flow.

Key words: Raman scattering, laser-induced fluorescence, combustion, flame.

В работе рассматриваются различные методы оптических исследований с использованием рэлеевского (РР), комбинационного рассеяния света - спонтанного (КР) и когерентного (КАРС), лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ). Получившие широкое развитие с применением лазеров, они позволяют измерять с высоким временным и пространственным разрешением плотность газа, температуру и абсолютные концентрации - параметры, необходимые для

47

Оптика

углубленного изучения процессов, происходящих при движении реагирующих газов в энергетических установках. Эти методы редко используются в отечественных экспериментальных работах, их практические возможности и ограничения слабо изучены, готовая аппаратура промышленностью не выпускается, а создание отдельных уникальных экземпляров для научных исследований является дорогостоящим. В Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН проводились такие измерения, подготовка к которым включает создание аппаратных и программных средств.

При поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и президиума СО РАН для спектральных измерений разработан многоцелевой КАРС-спектрометр на основе мощного лазера. Он имеет энергетические характеристики, приближенные к предельным, гибкую оптическую схему, позволяющую применять различные оптические методы, а также он адаптирован для использования на разных аэродинамических установках. Прибор состоит из лазерной и фотоприемной систем, размещенных на опорных конструкциях. Импульсно-периодический лазер на кристалле Nd:YAG с модуляцией добротности и преобразованием частоты создает излучение накачки с фиксированной (532 нм) длиной волны. Перестраиваемый лазер на красителях (555-630 нм) состоит из задающего генератора, нескольких каскадов усиления и преобразователя частоты в ультрафиолетовую (УФ) область (278-315 нм). Базовый вариант оптической схемы КАРС показан на рис. 1. В нем используется излучение двух лазеров. В вариантах РР и КР нужен только пучок Nd:YAG лазера. В варианте ЛИФ используется УФ излучение, полученное удвоением частоты лазера на красителях. Схема фокусировки излучения обеспечивает пересечение сфокусированных лазерных пучков в точке измерения с выполнением требований фазового синхронизма.

Рис. 1. Общий вид КАРС-спектрометра

48

Оптика

Регистрирующая система состоит из спектрального прибора и многоканального оптического регистратора спектров (ПЗС-линейка 0,2 х 25 мм, 2 048 элементов) с усилителем яркости или фотоумножителя.

Для расчета спектров КР и КАРС, включая двойной широкополосный КАРС, разработана компьютерная программа «CARSspectra» [1]. В основу расчета формы частотной дисперсии спектральной интенсивности сигнала заложена вычисленная полная база данных. Она включает системы термов, волновые числа, коэффициенты Плачека - Теллера и вероятности переходов для колебательно-вращательных и чисто вращательных полос, ширину линий всех рама-новских переходов. Используется выверенная информация о двухатомных молекулах N2, O2, H2, CO, а также учитываются параметры возбуждающего лазерного излучения и приемной аппаратуры. Перечисленные молекулы являются составляющими многокомпонентных газовых сред, требующих экспериментального исследования при фундаментальном и прикладном изучении процессов смешения, горения, тепло-массопереноса и др. Дополнительное назначение программы - обработка экспериментальных данных. Для этого предусмотрены: сопоставление экспериментального и расчетного спектров, интерактивная и оптимизирующая модификация расчетных параметров и другие функции. На рис. 2 в нижнем окне выведен экспериментальный колебательный спектр КАРС азота, полученный в водородном пламени. В верхнем окне сравниваются расчетный при (Т = 2 000 К) и экспериментальный спектры. Над спектром указаны положения линий O-, Q- и S'-ветвей.

Рис. 2. Вид программы «CARSspectra»

49

Оптика

Для расчета спектров и обработки данных ЛИФ созданы аналогичные программы в формате command-line.

При разработке аппаратуры применялись схемные решения, обеспечивающие оптимальное использование энергии лазерного излучения и минимизацию ошибки измерения. Для метода КР это были: внутрирезонаторное либо УФ возбуждение спектров, применение многоходовой схемы и многоканальной регистрации. Для КАРС, обеспечивающего интенсивный сигнал, но при этом плохо воспроизводимый по форме спектра, предусматривались контроль лазерного излучения [2] или референсирование сигнала [3].

Исследование конденсации. Газовые струйные методы обеспечивают высокую скорость осаждения, и поэтому перспективны для нанесения тонких пленок на больших площадях. Но существуют побочные эффекты из-за конденсации, вызванной охлаждением газа при его адиабатическом расширении. Систематические исследования процесса конденсации выполнены методом РР в свободных струях газовых смесей моносилан - аргон и моносилан - гелий [4]. Эксперименты проводились на газодинамической установке низкой плотности ВС-4 Института теплофизики. Как показано на рис. 3, для небольших расстояний от сопла измеренная на оси струи плотность соответствует изоэнтропиче-скому расчету, а затем резко возрастает и отклоняется от него. Это обусловлено дополнительным рассеянием на частицах конденсата, появляющихся в потоке. Эти опыты обеспечили новую информацию о параметрах возникновения и интенсивности конденсации.

Рис. 3. Зависимость относительной интенсивности рэлеевского сигнала ///0 и плотности газа N/N0 от расстояния x/d в свободной струе смеси 5 % моносилана в аргоне для нескольких сопел:

1 - d = 1,07 мм; 2 - d = 1,98 мм; 3 - d = 3,6 мм; 4 - d = 4,8 мм; 5 - изоэнтропа

Исследование применимости РР. Измерения в турбулентном потоке пульсаций температуры термопарой затруднены из-за необходимости учитывать погрешность, обусловленную тепловой инерцией зонда. Но температуру при из-

50

Оптика

вестном давлении можно рассчитать, используя плотность, измеренную по РР. Однако, в пламени углеродсодержащих топлив в определенных условиях может присутствовать сажа, которая подобно частицам конденсата в струях создает дополнительное рассеяние, неотделимое от рэлеевского. В опытах исследовались диффузионное горение водорода, этанола и пропан-бутана в воздушном потоке. Для этих объектов имелись ранее полученные температура или состав, необходимые для сравнения с данными РР.

В предварительных опытах использовалась сфера 015 мм из пористой нержавеющей стали, пропитанная этанолом. При обдуве потоком воздуха со скоростью 0,7 м/с устанавливался ламинарный режим течения с неподвижным фронтом пламени (рис. 4). Исследовалась окрестность лобовой точки.

Опыты в турбулентном пограничном слое с испарением и горением этанола проводились в аэродинамической трубе с рабочим участком сечением 100 х 100 мм (рис. 5). Скорость воздушного потока на входе в канал равнялась 10 м/с. Верхняя стенка канала отсутствовала. Прозрачные боковые стенки были сделаны из набора кварцевых пластин. Нижняя секционированная пористая поверхность поддерживалась влажной в течение эксперимента. Температуры и интенсивность турбулентности предварительно были измерены с помощью термопары и лазерного доплеровского анемометра.

а монохроматор

__L-J f

\ ; . t /■.Рассеянный/ V jt \ садт /

х ^ с\

сФера Пламя

Рис. 4. Модель горения капли

с горением этанола

В результате получено:

- в бессажевом пламени водорода интенсивность РР совпала с расчетной;

- в пламенах углеводородов с сажеобразованием полный сигнал зависит от ориентации осей лазерных пучков и приемной системы из-за неизотропного рассеяния на частицах. Для горения этанола найден ракурс п - 13°, при котором влияние засветки от рассеяния на частицах сажи минимально;

- в турбулизованном пограничном слое на всех режимах течения в областях, где T > 1 000 K, происходит сажеобразование.

51

Оптика

Проверка данных зондового метода. В газофазных пламенах при атмосферном давлении и пламенах конденсированных систем ширина зоны горения ~ 0,1 мм, что соизмеримо с размерами зонда, применяемого при их исследовании масс-спектрометрическим методом. В работе [5] проводились измерения именно для случая, когда указанное отношение близко к единице. Плоское пламя разбавленной аргоном метано-воздушной смеси было стабилизировано при атмосферном давлении на плоской горелке диаметром 15 мм. В предварительных исследованиях химической структуры пламени использовались микротермопары и макро- и микрозонды, отличающиеся внешним диаметром кончика. С применением бесконтактного метода КР, свободного от систематических ошибок, требовалось измерять концентрацию метана. Для усиления сигнала исследуемый объект был помещен внутрь резонатора лазера. Использовалось накопление с синхронным детектированием составляющих полного сигнала. Получены профили относительной мольной доли метана в пламени с разрешением 50 мкм. Они показали, что данные микрозонда согласуются со спектроскопическими, если учесть, что место отбора пробы смещено вверх по потоку от зонда на расстояние 0,16 мм. В результате установлено, что основные ошибки измерения концентраций связаны не с внешним диаметром, а с размерами отверстия, через которое отбирается проба. Учет места отбора пробы уменьшает до 15 % ошибки измерений и позволяет использовать профили концентраций, полученные зондовым методом, для изучения химического механизма горения, кинетики химических реакций в пламенах.

Исследование примесей. Необходимость измерять концентрации определенного компонента газовой смеси в широком диапазоне (0-100 %) возникает при исследовании турбулентных течений реагирующих газов или процессов смешения в потоках с перемежаемостью. В нашей работе ламинарная струя гелия или водорода из баллонов истекала из сопла в спутный поток воздуха. Исследовалось поперечное сечение струи.

Регистрировался спектр воздуха, состоящий из линий азота и кислорода. Изменение состава ведет к изменению соотношения линий и формы спектра. Обработка, основанная на расчете формы спектра, обеспечивала наименьшую погрешность измерения 0,01 %.

На рис. 6 и 7 представлены результаты широкополосных КР-измерений концентрации водорода и компонентов воздуха в ламинарном струйном пограничном слое, полученные при исследовании многокомпонентной диффузии [6]. Диапазон измерения концентрации достигал четырех порядков величины. На оси струи водорода зарегистрировано наличие компонентов воздуха (см. рис. 6). Это примеси во вдуваемом водороде, причем концентрация кислорода (0,042 %) превышает концентрацию азота (0,027 %).

В струе гелия следов кислорода и азота в баллоне не обнаружено. На рис. 7 показана зависимость параметра разделения от объемной концентрации воздуха. Там же представлены данные других авторов [7], исследовавших зондовыми методами многокомпонентную диффузию - разделение компонентов воздуха

52

Оптика

в пограничном слое при вдуве инородных газов. Их эксперименты показали изменение соотношения концентраций кислорода и азота вблизи стенки, где объемная концентрация воздуха составляет несколько процентов от атмосферной. Очевидно, что подобное заключение было сделано из-за наличия примеси воздуха во вдуваемом газе. В наших исследованиях бесконтактными методами разделение кислорода и азота не зарегистрировано.

102

101

^ 1 Ч

10-1

10-2

0 1 2 3 4 5

Г мм

Рис. 6. Зависимости концентраций от радиуса при истечении водорода в воздух:

1 - водород; 2 - кислород; 3 - азот

J \ПП-' Г А 1 1—□—1 1 1 < □ 1 1

3/ $2 ■ \ ■

& S 1

□ □' Д t

2

Рис. 7. Зависимости соотношения объемных концентраций кислорода и азота от объемной концентрации воздуха при смешении гелия и воздуха:

1 - СКР; 2 - КАРС; 3 - зонд

Измерение корреляций. Турбулентный перенос вещества зависит от внутренних пространственных и временных масштабов потока, которые могут не совпадать с газодинамическими и тепловыми. Они могут быть найдены из анализа спектров турбулентных пульсаций и пространственных корреляций. Для этого необходимо измерять концентрацию одновременно в двух точках газового потока или в одной точке с контролируемой задержкой между момента-

53

Оптика

ми измерений. Спектрометр, имеющий четыре канала измерений, применялся для двухточечных измерений концентрации в изотермической турбулентной струе Н2, истекающей в воздух (Осопла = 2,5 мм, Re = 4 000) [8]. Один измерительный объем находился на оси струи, второй был смещен по ее радиусу. На рис. 8, а приведены пространственные корреляции пульсаций концентрации молекул Н2. Поперечный масштаб турбулентности, можно рассчитать интегрированием экспериментальной зависимости R\ 2 = f(Y).

Для измерения временных корреляций были использованы две синхронно работавшие лазерные системы, а необходимый интервал между моментами измерений обеспечивался задержкой запуска At одной системы относительно другой. На рис. 8, б приведены характерные автокорреляции пульсаций концентрации Н2 в трех точках той же струи и спектры турбулентных пульсаций. Графики иллюстрируют уменьшение доли мелкомасштабных пульсаций при удалении от сопла вниз по потоку.

5

3.0

2.5

2.0

1.5 1,0 0,5

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102

At, С

At, С

Рис. 8. Результаты двухточечных измерений в турбулентной струе водорода,

истекающей в воздух:

а) спектры пульсаций концентрации S; б) автокорреляции пульсаций концентрации R(At)

Исследование вихревого течения в трубке Ранка - Хилша. Использовалась серийно выпускавшаяся вихревая трубка Ранка - Хилша ВК-1, используемая для температурного разделения газа в различных системах охлаждения и кондиционирования. В ней сжатый воздух, вращающийся в ограниченном объеме, вблизи оси приобретает температуру ниже, а на периферии - выше, чем на входе в канал. На выходе из трубки разность температур между «горячим» и «холодным» потоками порядка 20-40 K. До настоящего времени нет однозначного объяснения эффекта.

54

Оптика

В наших опытах [9] течение в трубке, дополненной оптическими окнами, исследовалось методом DBCARS. Цель - показать возможность одновременного измерения нескольких параметров газа за один импульс лазерного излучения (15 нс). На рис. 9 представлены поля средних по ансамблю значений T и P. Наблюдается их увеличение от центра к периферии. Заметное падение Т происходит вблизи закручивающего аппарата у выхода «холодного» воздуха. Поле давлений также неоднородно. Подобные измерения нельзя осуществить зондовы-ми методами, и они необходимы в установках кратковременного действия, например, в гиперзвуковой аэродинамической трубе АТ-303.

х, мм

х, мм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 9. Распределение температуры и давления в диаметральном сечении

трубки Ранка - Хилша

Горение твердого топлива. Горение в ракетных двигателях происходит при давлении 4-8 МПа и температуре 2 500-3 200 К. Зона химических превращений, расположенная вблизи от выгорающей поверхности, перемещается вместе с ней со скоростью 10-40 мм/c. Химически агрессивные вещества и твердые частицы, содержащиеся в потоке газообразных продуктов реакции, затрудняют определение его параметров, важнейший из которых - температура. В работе [10] исследовали горение стехиометрической смеси динитрамида аммония с поликапролактоном, в продуктах сгорания которой присутствует азот. Образец сжигался в камере, наполненной гелием при давлении 4 МПа за время ~0,5с. В резонатор лазера на красителе устанавливался интерферометр Фабри - Перо, этим достигалась двухволновая генерация. В спектре КАРС измерялись интенсивности на двух частотах в колебательной полосе азота. При указанном давлении из-за уширения и интерференции линий g-ветвь приобретает

55

Оптика

вид неразрешаемой полосы. Ее форма и температурная зависимость отношения интенсивностей на выбранных частотах рассчитывались с применением формулы для мнимой части восприимчивости, приведенной в работе [11]. Получена зависимость вращательной температуры азота в струе продуктов реакции от времени горения образца (рис. 10). Максимальная температура в диапазоне 0,2-0,3 с составила 3 097 К (±3 %), что соответствует удалению фронта пламени от измерительного объема на расстояние около 5 мм. Данные получены в ходе выполнения совместных работ с Институтом химической кинетики и горения СО РАН (ИХКиГ СО РАН) с целью верификации расчетных моделей и результатов контактных измерений.

Рис. 10. Зависимость средних значений температуры от времени горения образца

Исследование радикалов методом ЛИФ. Традиционно хемилюминесценция ОН, сопровождающая переходы из возбужденного состояния, служит маркером зоны химических превращений. Методом ЛИФ регистрируют радикалы в основном состоянии. Весовая доля гидроксила в пламенах мала ~0,1 % и не влияет на термодинамические параметры газа. Распределение ОН в пламенах исследуется при изучении кинетики и механизмов взаимодействия турбулентности и горения. Мы исследовали горение этанола, водорода и смесей водорода с кислородом. Был отработан метод регистрации спектров возбуждения OH и СН. Сравнение экспериментальных спектров ОН с расчетными позволяло определить температуру.

Тестирование на объектах с известной температурой (рис. 11) показало совпадение данных. По результатам опытов в пламени смеси водорода с кислородом (рис. 12) максимальная температура горения стехиометрического состава Т = 3 090 К, для богатой и бедной смесей ее уровень снижается.

56

Оптика

Рис. 11. Температуры при горении этанола в воздушном потоке (1-3) и водорода (4):

1 и 2 - получены с помощью термопары в пограничном слое над плоскостью и вблизи сферы; 3 - данные ЛИФ для лобовой точки

Рис. 12. Температура пламени водорода с кислородом:

1 - данные Гейдона [12]; 2 - данные Льюиса, Эльбе [13]; 3 - данные ЛИФ

Для измерения концентрации была разработана схема получения сигнала, не подверженного тушению возбужденного состояния. Ее суть - использование вынужденных процессов, протекающих быстрее, чем происходят столкновения. На рис. 13 приведен расчетный спектр колебательно-вращательной полосы 0^0 электронного перехода A Z ^X ^радикала ОН, образованный линиями двенадцати ветвей. Чтобы исключить зависимость измеряемого сигнала от состава среды, при измерении концентрации радикалов использовался режим с насыщением флуоресценции, который достигается увеличением плотности мощности и исключением краевых пространственных и временных областей лазерного излучения. Длина волны лазера настраивалась на линию P26. Регистрировалась интенсивность изолированной линии R24, связанной с тем же верхним уровнем F25.

Калибровка проводилась по известным данным [14, 15] в диффузионном пламени при горении водорода. С калибровкой сигнала были получены количественные данные для горения стехиометрической смеси водорода с кислородом (рис. 14, а). На рис. 14, б - распределение радикала ОН в пламени сварочной горелки. Видно, что радикал присутствует в протяженной области ниже по потоку от фронта пламени, что обусловлено сверхравновесным уровнем концентрации ОН.

57

Оптика

лио ин при 1ч-1ма к

Рис. 13. Расчетный спектр (T = 1 749 K) в диапазоне полосы 0-0 и диаграмма процесса ЛИФ OH с насыщением

В ламинарном пламени испаряющегося этанола в опытах по моделированию горения капли [16] методом ЛИФ измерялись: температура, абсолютные концентрации радикалов OH и относительные концентрации CH. На рис. 15 показаны результаты измерений. Полученная максимальная счетная концентрация ОН ~4,3-1016 см-3 (объемная rOH~ 1 %) примерно соответствует концентрации при диффузионном горении водорода в воздухе, а также при горении стехиометрической смеси Н2 + О2. Видно, что, профили отличаются по расположению их экстремумов.

Конпгнтрания ОН КК16/"куо .см

m rl

10-

-10 Е "

10

40

70

100

х, мм

Рис. 14. Концентрации ОН, полученные при горении водорода:

а) в диффузионном водородовоздушном пламени; б) в пламени стехиометрической водородокислородной смеси

58

Оптика

Сопоставление профилей с распределением интенсивности тепловыделения, которое определяется второй производной для температурной кривой, показывает, что положение максимумов ОН и СН совпадает с точками, где интенсивность тепловыделения переходит через ноль, т. е. нет тепловыделения и химических превращений. Такое же совпадение получено для пограничного слоя (Tuo = 1 %, 8 % и 18 %), а также для струи водорода, горящей в воздухе. По-видимому, это общее свойство процессов диффузионного горения, которое может быть причиной возникновения сверхравновесных концентраций радикалов.

Рис. 15. Ламинарный пограничный слой с горением испаряющегося этанола вблизи лобовой точки сферы; распределение абсолютной концентрации ОН, температуры и относительной концентрации СН

В работе были представлены методы измерений локальных параметров газовых потоков в сфокусированных лазерных пучках: аппаратура, программные средства для обработки спектров, примеры использования методов и полученные результаты. На базе одной лазерной системы с гибкой оптической схемой были реализованы различные варианты оптической диагностики: рэлеевское и комбинационное рассеяние света (спонтанное и когерентное), лазерно-индуцированная флуоресценция. Нестандартная многоцелевая аппаратура на основе мощного лазера содержит ряд оригинальных технических решений. Ее энергетические характеристики близки к предельным, поэтому полученные результаты отражают реальные возможности аппаратуры и методов молекулярного рассеяния (РР, КР, КАРС). Для обработки спектральной информации создана компьютерная программа «CARSspectra», использующая выверенную информацию о двухатомных молекулах стабильных веществ и радикалов, которые наиболее часто встречаются в лабораторной практике. Впервые получены

59

Оптика

данные о масштабах газодинамических возмущений потока при отборе пробы, о распределении радикалов в пламени этанола. Впервые были одновременно получены профили температуры и давления в трансзвуковом ограниченном вихревом потоке трубки Ранка-Хилша, данные о пространственных и временных корреляциях в водородных струях. Опыт, накопленный авторами при изучении высокотемпературных потоков и многокомпонентных смесей, будет полезен специалистам в области газовой динамики и процессов горения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2012618805 Российская Федерация; CARSspectra / С. Ю. Федоров; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН). - № 2012616890; за-явл. 15.08.2012; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.09.2012.

2. Пат. 2429454 Российская Федерация МПК51 G01J 3/44. Спектрометр когерентного антистоксова рассеяния с контролем спектра широкополосной накачки / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН). -2010118249/28; заявл. 05.05.2010; опубл. 20.09.2011, Бюл. № 26. - 7 с.: ил.

3. Федоров С. Ю. Альтернативный синхронизм во вращательном когерентном антистоксовом рассеянии света // Приборы и техника эксперимента. - 1996. - № 1. - С. 125-129.

4. Хмель С. Я., Федоров С. Ю., Шарафутдинов Р. Г. Конденсация смесей моносиланаргон и моносилан-гелий в свободной струе // Журнал технической физики. - 2001. - Т. 71, вып. 6. - С. 116-121.

5. К обоснованию зондового масс-спектрометрического метода исследования структуры пламен с узкими зонами горения / О. П. Коробейничев, А. Г. Терещенко, И. Д. Емельянов, А. Л. Рудницкий, С. Ю. Федоров, Л. В. Куйбида, В. В. Лотов // Физика горения и взрыва. -1985. - № 5. - С. 22-28.

6. Бояршинов Б. Ф. , Федоров С. Ю. Применение метода вращательного комбинационного рассеяния света для исследования газовых примесей // Прикладная механика и техническая физика. - 2010. - Т. 51, № 5. - С. 177-184.

7. Лукашов В. В., Жиливостова С. В. О проявлении многокомпонентной диффузии в ламинарном пограничном слое с инородным вдувом // Теплофизика и аэромеханика. -2008. - Т. 15, № 3. - С. 505-511.

8. Бояршинов Б. Ф., Федоров С. Ю., Волков А. А. Измерение корреляционных характеристик затопленной струи по комбинационному рассеянию света // Приборы и техника эксперимента. - 1994. - № 5. - С. 110-116.

9. Бояршинов Б. Ф., Федоров С. Ю. Измерение параметров вихревого потока газа методом когерентного антистоксова рассеяния света // Приборы и техника эксперимента. -1999. - № 6. - С. 95-99.

10. Бояршинов Б. Ф., Федоров С. Ю. Измерение температуры горения твердого топлива методом КАРС // Прикладная механика и техническая физика. - 2002. - Т. 43, № 6. -С.170-175.

11. Rosasco G. J., Lempert W., Hurst W. S., Fein A. Line interference effects in the vibrational Q-branch spectra of N2 and CO // Chem. Phys. Lett. - 1983. - Vol. 97, No 4/5. - P. 435-440.

12. Гейдон А. Спектроскопия пламен : перевод с англ. / А. Гейдон. М. : ИЛ. - 1959. -

382 с.

13. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах / пер. с англ. - М.: Изд-во иностр. лит., 1959.

60

Оптика

14. Lucht R. P., Sweeney D. W., Laurendeau N. M. Laser-saturated fluorescence measurements of OH concentration in flames // Combustion and Flame - 1983. - Vol. 50. - P. 189-205.

15. Lucht R. P., Sweeney D. W., Laurendeau N. M., Drake M. C., Lapp M., Pitz R. W. Single-pulse, laser-saturated fluorescence measurements of OH in turbulent nonpremixed flames // Optics Letters - 1984. - Vol. 9, No. 3. - P. 90-92.

16. Бояршинов Б. Ф., Титков В. И., Федоров С. Ю. Распределение радикалов OH и CH в пограничном слое при горении этанола // Физика горения и взрыва. - 2005. - Т. 41, № 4. -С. 22-28.

Получено 26.05.2014

© С. Ю. Федоров, Б. Ф. Бояршинов, 2014

61

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.