Введение к работе
Актуальность темы. Создание мощных молекулярных лазеров , дачи экологического мониторинга, диагностика факелов продуктов орания двигателей и энергетически* установок и т. д. потребили развития различных методов диагностики термодинамических раметров нагретых газовых потоков.
Как правило, такие потоки содержат простейшие иоленулы, аи-вные в ПК-области спектра : СО,, СО, Н„0, КО, SO, и т.д.. Кон-ктные методы исследования параметров не всегда удобны из-за ісокой температуры в потоке, а иногда и вообще неприменимы, на-іимир в случае диагностики активних сред молекулярных лазеров, то же время излучение нагретого газа содержит богатую ин^ориа-ію о его лоналъкых термодинамических свойствах. По*тому естест-шиып представляется разрабоїка оптических методов диагностики, ізработна таких методик и особенчо оценка мх точности невозмот-1 без использования надежных методов расчета переноса излучения юль неоднородных трасс в колебательно-вращательных полосах не-«вновесных газов. Кроме того, для практического использования ээдагшых метолов оптической диагностики необходимо решать эада-и, связанные с выработкой требования к измерительной аппарату-в, реализующей эти методы, таких, как: спектральный диапазон эмерений, максимально допустимая погрешность измерений, вид ап-аратной функции селективных элементов и т.д..
Цель данной диссертации мояет быть сформулирована следующим бразом: разработка методов диагностики неравновесных неоднород-ых потоков молекулярных газов по радиометрическим измерениям в Нфракрасной области спектра применительно к активным средам по-екулярных лазеров и струян продуктов сгорания углеводородных оплив. В соответствии с указанной целы» в работе были поставле-ы следугшие задачи :
-
Создание методики расчета переноса излучения в колеба-ельно-врэиательных полосах неравновесных газов вдоль сильно Не-іднородннх трасс.
-
Развитие метода диагностики активных сред молекулярных іазеров по измерениям яркости излучения и поглошекип в ИК->бласти спектра для учета неоднородности по трассе наблюдения.
-
Развитие методики расчета перекоса неравновесного селективного излучения , основанной на многогрупповой модели.
-
Создание метода томографической диагностики неоднородных <агретых струй молекулярного газа по ИК-радиометричвсним измерениям.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Создана методика расчета переноса излучения в колебатель ио-врадательных полосах неравновесных газов, которая, в отличие от известных, может быть применена кап для сред с сильным изменением контура спектральных линий вдоль трассы наблюдения! тан и для сред с высокими температурами (до 3000К). Для линейных трех-атоиных молекул линии с близкими; по энергиям нижними уровнями объединены в группы, что обеспечивает достаточно малые затраты машинного времени при проведении численных расчетов.
2.Развита методика диагностики активных сред молекулярных л зероа, учитывающая наличие невоэбушдешшх слоев на пути наблюден
3.Предложен новый метод описания переноса селентивного излучения, специально адаптированный к задачам оптической диагностики нагретых газовых потоков по измерениям ИК - спектрофотометрами на фильтрах.
*.Разработана основанная на многогрупповой модели упрощенная методика расчета переноса излучения в колебательно-враоательных полосах молекулярных газов, учитывающая колебательную неравновесность.
3.Впервые для определения полей температуры и концентраций излучающих компонент нагретого газового потока применен томографический анализ по ИК-радиометрическим измерениям его теплового излучения .
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Предложенная методика оптической диагностики была использована при оптимизации работы технологического электророэрядного СО_-лаэера, а такте для определения поля колебательных температур в блоке резонатора кощного СО-лазера с электронной накачкой.
Программы расчета переноса излучения в ИК-области спектра, описанные в главах 1 и 3, могут быть использованы при расчетах спектральных характеристик излучения различных по своей газодинамической структуре объектов с температурой газа до 2500 К.
Методика и программы томографического анализа по тепловому излучению могут быть использованы для выбора параметров измерительной аппаратуры и анализа полей концентраций и температур в нагретых неоднородных газовых струях нолекулярного газа.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Методика расчета переноса НК-иэлучения в нолебательно-вравательных полосах неравновесных молекулярных' газов ( двух-
энных и линейных трехатояных ) вдоль сильно неоднородных трасс, іоторой учитываются изменения контура линий вдоль луча найдений и для линейных трехатомиых молекул пинии с близкими энергии нижних уровней объединены в группы.
-
Способ учета неоднородности по трассе наблюдения при ди-ностнне активной среды СО - и СО-лазеров по измерениям ярности лучения и поглощения в полосах 4,3 и 4,6 мкм соответственно.
-
Способ учета колебательной неравновесности в многогруп-вом методе расчета переноса излучения в колебательно-врода-льных полосах молекулярных гяэов,
-
Способ определения параметров групп линий для многогруч-вого метода расчета переноса излучения и алгоритм, его реали-ющий .
-
Метод томографического анализа нагретых потоков молеку-рннх газов по |!К-радиометричесним измерениям и алгоритм, его ализующий.
Апробация результатов работы. Вошедшие в диссертации рязу-таты исследований докладывались на Международной школе— минаре " Тепло- и массообмен а химически роагируюяих системах" г. Минск, сентябрь 1983 г. ), на Второй Всесоюзной вколе-Нференции " Кинетические и газодинамические процессы в нирав-весвых средах " ( г. Москва, 1984 г.), на XVH International nference on Phenomena In Ionized Gases ( г. Будапешт, июль 85 г.), на Всесоюзном семинаре " Оптические методы диагности-ванип двухфазных потоков в элементах АЗУ " ( г. Севастополь, тябрь 1991 г. ), на Конференции по колебательной спектроскопии, священной вО-летию со дня рождения Б.К.Степанова С г. Минск, 5 онтября 1993 г. ).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 иауч-IX работ, включая 10 статей, 3 тезисов докладов в трудах конере-інций и 1 препринт Института физики АНВ.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из вве-!ния, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа иэ-іжена на 174 страницах, включавших 35 рисунков я 22 страницы [Иска литературы, содержащего 181 наименование.
