Введение к работе
Актуальность. Диссертационная работа посвящена кинетике газовых сред при .химическом її" газодинамическом способах создания неравновесности. Этот круг вопросов актуален как с фундаментальной, гак и с прикладной точки зрения. При интенсивных воздействиях газовая среда может менять спои свойства, например стать активной, усиливающей средой. В ней могут появляться новые компоненты, возникать метастабпльные состояния, идти химические и релаксационные процессы. Кинетика газовых сред служит фундаментальной основой для разработки химических, газодинамических и электроразрядных лазеров различных типов. Она находит применение при решении многих других прикладных задач, например при проектировании и анализе безопасности промышленных установок, связанных с горением и другими химическими реакциями, при разработке систем очистки газовых и водных сред.
Цель работы. Разработка комплексного подхода к исследованию кинетики газовых сред, включающего теоретические модели, экспериментальные исследования, экспресс-диагностику. Всестороннее изучение на этой основе кинетических процессов при газодинамическом и химическом способах создания неравновесности. Создание тем самым возможностей для эффективной разработки лазерных установок и оптимизации их рабочих характеристик.
Научная новизна. Создано новое научное направление -комплексный подход к исследованию кинетики процессов в молекулярных газах, позволяющее проводить изучение неравновесных сред, содержащих колебательно и электронно возбужденные частицы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разрабатывались различные кинетические модели этих сред и находились квазпетапнонарные функции распределения заселенностей по колебательным уровням п электронным термам. Это позволило проводить поиск и исследования новых активных сред, определять их перспективность и энергетические характеристики. В рамках этого направления для эффективной экспресс-диагностики разработан и
многократно применялся метод многочастотного лазерного зондирования.
На основе комплексного подхода проведены всесторонние исследования колебательной кинетики в активных средах N2O, СОг, СО, разработаны и созданы экспериментальные установки.
Для ЫгО-ГДЛ были впервые получены оптимальные условия для генерации, предложен ряд рабочих смесей, показана определяющая роль нерезонансного обмена в заселении верхнего лазерного уровня.
Для СОг-ГДЛ экспериментально исследованы и созданы кинетические модели для различных газодинамических режимов охлаждения, изучены различные рабочие смеси, в том числе химически реагирующие (№0 - СО). Впервые получена генерация и исследован СОг-ГДЛ (18,4 мкм) на продуктах сгорания топлив.
Для СО-ГДЛ показана перспективность сочетания химических и газодинамических способов создания неравновесности. Разработана детальная кинетическая модель.
Впервые предложен и реализован перестраиваемый СОг-СО лазер с генерацией в диапазоне 4,9 - 18,4 мкм.
На основе комплексного подхода проведено систематическое исследование электронной кинетики молекул. Предложена теоретическая модель атомно-молекулярной кинетики и систематизированы данные по электронно-неадиабатическим процессам.
Предложена кинетическая модель кислородно-йодного лазера, разработаны и созданы экспериментальные установки, проведена их оптимизация.
Исследованы скорости реакций в кислородно-йодной среде и систематизированы методы получения синглетного кислорода. Разработаны генераторы синглетного кислорода на основе твердых перекисьсодержащих соединений.
Практическая значимость. Разработаны кинетические модели, созданы экспериментальные установки и проведена их оптимизация для ряда типов и модификаций лазеров на колебательных переходах молекул N2O, СОз и СО с химической и газодинамической накачкой. Разработаны кинетические модели активных сред на электронных переходах, в том числе для
кислородно-йодного лазера, проведена оптимизация
экспериментальных установок. Разработаны и систематизированы методы получения синглетного кислорода. Показана возможность его использования для очистки питьевых и сточных вод. Основываясь на результатах исследований, были созданы многоцелевые квазнимпульсные установки, которые позволяли моделировать режимы работы натурных установок в широком диапазоне параметров.
Достоверность результатов диссертации определяется комплексным подходом, включающим тройной контроль -теорию, эксперимент и диагностику, а также следует из сопоставления с известными результатами других авторов, использованием разработанных кинетических моделей и результатов исследований при создании натурных установок.
На защиту выносятся научные предложения, сформулированные в виде выводов по работе в разделе "Заключение".
Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 67 работ, результаты докладывались на 25 Всесоюзных, Всероссийских и Мсждународоых конференциях и семинарах [1 - 67].
Личный вклад автора. В большинстве работ автором сформулирована постановка задачи, в части работ им внесен вклад в постановку научных исследований. Теоретические и экспериментальные исследования проводились либо им самим, либо при его участии и научном руководстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации 339 страниц, из них 234 страницы текста и 111 рисунков на 87 страницах. Библиография включает 206 наименований.
