Диссертация (1097947), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

При восстановленииотносительных заселенностей молекул азота по колебательным уровням в основном состоянииX 1 g в ПС ТРПТ использовалось выражение:49vNv 1  vkex1maxN0k 1I k ,k 1 /  k  1. (1.1.12)I k ,k 1 /  k  1Соотношение справедливо при условии, чтоN 0  N vex . Здесьmaxexvmax- максимальноеколебательное число. Величина I k ,k 1 является интегральной интенсивностью сигнала КАРС,соответствующая комбинационно - активному переходу молекулы азота k = vJ  k = (v+1)J(Qvv+1). Восстановленные таким образом относительные заселенностиNvмолекулы азотаN0сопоставлялись с результатами их численного моделирования по кинетической модели ПСТРПТ.Рис.

30 иллюстрирует спектр КАРС, полученный в ПС разряда при давлении 9.5 Тор итоке 50 мА, а также ФРКУ молекулы азота в основном электронном состоянии. Здесьприведено сопоставление результатов расчета ФРКУ молекулы азота по формулам Больцмана иТринора при измеренных значениях вращательной Trot  X 1g  и колебательной Tv  X 1g температур. Сравнение экспериментальных и расчетных ФРКУ молекулы азота показывает, чтоизмеренная ФРКУ молекулы азота для нижних уровней v=04 описывается формулой Тринора.Таблица 2.

Сравнение поступательной и колебательной температур, измеренныхметодами спектроскопии КАРС, оптической интерферометрии (OI) и спектроскопии (S) вразрядах постоянного тока в азоте.tp, мсp, ТорЭкспериментTv(X1+g),K203.53790Cs4004000S400157.04320Cs4004100S450159.54270 4004150S450>30151900-2200S>30301900-2200SCsТеорияTg, K48040Cs46025246030S53040 Cs51025254030S52050OI60040Cs58030258035S57050OI1000100Cs110060B1140110OI1350130Cs1300350OITv(X1+g),KСсылкаTg, K3475 (10-3)3700 (10-4)470 (10-3)512 (10-4)4200 (10-3)4255 (10-4)530 (10-4)545 (10-3)-44240 (10 )4240 (10-3)-3605 (10 )610 (10-4)1135 (10-3)1135 (10-4)1300 (10-3)1300 (10-4)Даннаяработа50112.05300Cs40054030Cs>30122850Cs10039512Cs>30242900AS50077560AS11501200OI>30204250 (10-3)4960 (10-4)2615 (10-3)2790 (10-4)3000420 (10-3)470 (10-4)360 (10-3)400 (10-4)[485,487][482][488]1170 (10-3)1170 (10-4)[590]Примечание: «Cs» и «В» - сканирующий способ записи спектров КАРС сиспользованием коллинеарной схемы и схемы Planar BOXCARS, соответственно, смешенияпучков накачки, зондирующих среду; «2» - двухволновая спектроскопия КАРС; AS –абсорбционная спектроскопия; tp – время пребывания молекул азота в разряде.

p – давлениягаза. В скобках рядом с Tg и Tv  X 1g  , приведены значения вероятности гетерогеннойдезактивации колебательной энергии молекул  WV , при которых они рассчитаны.Рис.31. Зависимость Tg от удельной мощности WL , приходящейся на единицу длины вТПРТ: 1 (точки) - измерения температуры методом двух термопар [133,141]; 2, 3 и 4 (точки) измерения температуры методом спектроскопии КАРС и ЭС при давлениях 15 Тор, 20 Тор и 25Тор, соответственно; 5, 9 и 10 (сплошные линии) - эксперимент [590] при давлениях 20.2 Тор,50.3 Тор и 80.3 Тор, соответственно; 6, 7 и 8 (сплошные линии) - результаты аппроксимациизначений поступательной температуры 2–4.Таблица 2 и рис. 31 иллюстрируют значения поступательной Tg, вращательнойTrot X 1gи колебательной Tv  X 1g  температур, измеренных в диссертации методами51спектроскопии КАРС в тлеющем и контрагированном разрядах постоянного тока в зависимостиот величины давления p и приведенного электрического поля E/N.

Здесь, для сравнения,приведены данные, полученные методами спектроскопии КАРС [482,485,488,564–577],двухволновой спектроскопии КАРС [424–427], методами двух термопар [133,141], оптическойинтерферометрии в [590] и в диссертации (см. следующий параграф 1.2) при разных значенияхдавления, концентрации электронов, приведенного значения электрического поля, радиусах R иматериалах изготовления разрядных кювет. С увеличением давления газа от 3.5 Тор до 30 Торпоступательная Tg и вращательная Trot  X 1g  температуры, измеренные на оси ПС ТРПТ,возрастают в пределах от 480 до 1300 К. Колебательная температура Tv  X 1g  немонотонноизменяется в пределах от 3790 до 4270 К при низких давлениях газа от 3.5 Тор до 9.5 Тор. Вдиапазоне низких давлений, она, приблизительно, на порядок превышает поступательнуютемпературу Tg .

С увеличением давления (  9.5 Тор) величина Tv  X 1g  лежит в диапазоне1900–2200 К (погрешность 14%). Наблюдаемый в эксперименте отрыв Tv  X 1g  от Tg иTrot X 1gв ПС ТРПТ свидетельствует о высокой степени колебательно-поступательнойнеравновесности вследствие нарушении равновесия между колебательными и поступательновращательными степенями свободы молекулы азота.Значения вращательной температуры, полученные при обработке спектров КАРС,измеренных в тлеющем разряде при использовании двух разных оптических схем волновоговзаимодействия лазерных пучков - коллинеарной схемы взаимодействия пучков и PlanarBOXCARS, находятся в хорошем взаимном согласии.

Экспериментальные данные, полученныев диссертации различными методами в тлеющем и контрагированном разрядах постоянноготока, совпадают в пределах погрешности измерений. При давлении газа 20 Тор несмотря наразличие в радиусе разрядных кювет, при одном и том разрядном токе 50 мА и E/N = 5060 Тд,измеренные квазистационарные значения поступательной температуры, близки к измерениям[590], поскольку режим горения разряда является контрагированным. Тепловой баланс ПСконтрагированногоразрядаопределяетсяприэтихусловиях,главнымобразом,релаксационными процессами, происходящими в локализованной вблизи оси разряда области.Размер этой области мал по сравнению с радиусом кюветы.

Здесь достигается максимальноезначение плотности электронов, и тепловой баланс слабо зависит от режима охлаждениястенок.Дляэкспериментальныхусловий[485]значенияколебательнойтемпературыпревосходят результаты измерений данной работы, так как концентрация электронов,измеренная в [485], заметно выше, чем ее значение, определенное в эксперименте (таблица 2).521.2.

Оптическая визуализация и интерферометрия положительного столба импульсного,тлеющего и контрагированного разрядов в азотеМетоды оптической визуализации и интерферометрии широко используются дляисследований газовых разрядов, измерений изменения во времени пространственногораспределенияплотностигаза[271,272,297,323,326,381,591,592].ипоступательнойОпределениезначенийтемпературыплотностиивНТПтемпературыосновывается на измерении смещения интерференционных полос вследствие изменениярефракции nr газа.

Подробное описание средств и методов оптической визуализации иинтерферометрии для изучения плазмы приведено в обзорах [272,297,323,326,381,591–593].Разработке интерференционно - голографическихметодов измерения поступательнойтемпературы и их применению для исследований азотосодержащей НТП посвящены работы[400,401,534,564,565,567,570,572,574,590,593–605].Большоеколичествоисследованийазотосодержащей НТП методами ОИ выполнено при средних и атмосферном давлениях.Исследования изменения во времени пространственного распределения плотности газа ипоступательной температуры в азотной НТП при низких давлениях является актуальнойзадачей.

Использование измеренного профиля поступательной температуры при решенииуравнений теплопроводности и диффузии позволило получить полуэмпирические выражения,необходимых для оценки тепловых потерь и диффузионного ухода атомов и возбужденныхчастиц в развитой в диссертации СИМ азотной и водородной НТП, возбуждаемых в разрядныхкамерах цилиндрической геометрии.Рис.32.Схемаэкспериментальной установки,созданной в диссертации, дляисследования нагрева газа ираспределения плотности газапо сечению разрядной кюветыметодомоптическойинтерферометрии в ПС ТРПТи ИТР в азоте.В данном параграфе диссертации, автором, разработаны и созданы экспериментальныеустановки для исследований импульсного тлеющего разряда и тлеющего разряда постоянного53тока в азоте шлирен - методом, а также методами оптической интерферометрии [564,565,567,570,572,574]. Они применяются для исследований: стадии формирования во времени основныхпараметров ПС ТРПТ (от 3 мс до 15–20 мс) и ИТР (до 2 мс) - разрядного тока, поступательнойтемпературы Tg и концентрации молекул азота при постоянном давлении; распределенияпоступательной температуры Tg и плотности газа N по сечению кюветы в стационарной стадиигорения тлеющего и контрагированного разрядов постоянного тока и ИТР.Рис.33.

Интерферограмма вустановившемсятлеющегорежимеразрядавгоренияазотедавлении 15 Тор и токе 50 мА.приРис.34. Осциллограмма сигналаФЭУ,иллюстрирующаясмещенияинтерференционных полос: 1) давление15 Тор и ток 50 мА; 2) давление 20 Тори ток 40 мА.В диссертации, методы ОИ основаны на использовании классической схемыинтерферометра Майкельсона (рис. 32). Для измерения изменения показателя преломления газаприменялась схема интерферометра, в которой число интерференционных полос, проходящихчерез центр интерференционной картины при инициации разряда, подсчитывалось с помощьюфотоэлектрической регистрации. В качестве источников монохроматического излученияинтерферометра использовался одномодовый лазер ЛГН-215 с длиной волны излучения 632.8нм и мощностью 50 мВт и рубиновый лазер, работающий в режиме свободной пиковойгенерации на длине волны 694.3 нм.

Характеристики

Список файлов диссертации