Диссертация (1097947), страница 57

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

Текст из файла (страница 57)

Сведения о ФРВУ иФРКУ молекулы водорода в электронно-возбужденных состояниях и степени колебательнопоступательной неравновесности газовых разрядов в водороде, например, для безэлектродногоВЧ разряда индуктивно-емкостного типа и низкотемпературной плазмы, образованной вусловиях электрнно-циклотронного резонанса (ЭЦР), в водороде, отсутствуют. ИсследованияФРВУ и ФРКУ молекулы водорода в основном и электронных синглетных и триплетныхсостояниях в этих разрядах являются актуальными задачами.

Для измерений поступательнойтемпературы, концентраций возбужденных частиц и распределения энергии по внутреннимстепеням свободы молекулы водорода развиваются контактные и невозмущающие методыдиагностики НТП [73, 270–334, 374–388]. В исследованиях водородной НТП предпочтениеотдается бесконтактным методам лазерной, эмиссионной и абсорбционной спектроскопии.Применение методов оптической спектроскопии стимулирует развитие СИМ водородной НТП296для обработки и интерпретации результатов измерений. Недостаток существующих моделейплазмы [133, 141, 164, 175, 1275] состоит в том, что в балансных уравнениях для концентрацийвозбужденных частиц не учитывается кинетика молекул водорода электронных синглетных итриплетных состояниях, излучение которых формирует спектральных состав излучения газовыхразрядов водороде.

Это не позволяет их сочетать со спектроскопическими методамидиагностики параметров водородной НТП. Развитие уровневой полуэмпирической СИМводородной НТП, лишенной этого недостатка, является актуальной задачей. Расширениекинетической схемы уровневой полуэмпирической СИМ водородной НТП, за счет процессов сучастием электронов, атомов и молекул водорода и их ионов в возбужденных состояниях,предполагаетиспользованиестолкновительно-излучательныххарактеристикпроцессов,которые не всегда являются известными.

Решение обозначенных выше задач невозможно безсоздания баз данных столкновительно-излучательных характеристик физико-химическихпроцессов в водородной НТП.Данная глава диссертации посвящена развитию уровневой полуэмпирической СИМводородной НТП и её применению в экспериментальных и теоретических исследованияхкинетики возбужденных частиц в водородной НТП. Основными составляющими моделиявляются (рис. 1, глава 1): база данных сечений и коэффициентов скоростей элементарныхпроцессов с участием электронов и тяжелых частиц (молекул и атомов водорода, их ионов) восновном и возбужденных состояниях; вычислительные коды для моделирования ФРЭЭ и ееосновных моментов; вычислительные коды для моделирования и обработки спектровкогерентного антистоксова рассеяния света и излучения водородной НТП с целью определенияпоступательной, вращательной температуры и функций распределения по вращательным иколебательным уровням молекулы водорода, как в основном состоянии X 1 g , так и ввозбужденных состояниях тяжелых частиц; программный модуль для идентификации,установления иерархии и редуцирования кинетических процессов в водородной НТП; базаизвестных моделей для описания компонентного состава НТП, ФРКУ молекулы водорода восновном и в возбужденных состояниях; база экспериментальных данных ФРЭЭ и ее основныхмоментов, ФРКУ молекулы водорода в основном и электронно-возбужденных состояниях,поступательной и вращательных температур в различных газовых разрядах.В параграфе 4.1 выполнены исследования ФРВУ и ФРКУ молекулы водорода восновном состоянии X 1 g методами спектроскопии КАРС в безэлектродном ВЧ разрядеиндуктивно-емкостного типа и электродном ВЧ разряде емкостного типа в водороде.297Впараграфе4.2приведенырезультатыисследованийметодомэмиссионнойспектроскопии ФРВУ и ФРКУ молекулы водорода в электронно-возбужденных состояниях вводородной плазме, созданной дипольным источником в водороде.Параграф 4.3 посвящен развитию уровневой полуэмпирической СИМ водородной НТП.Приведены результаты исследований методами численного моделирования кинетики молекулводорода в синглетных состояниях в газовых разрядах в водороде.Таблица 11.

Исходные экспериментальные данные СИМ для расчета ФРКУ молекулыводорода в основном электронном состоянии. Сравнение рассчитанных и измеренных значенийколебательной температуры Tv(X1+g).PH,%Tc/Th,эВ0.11.3Исходные экспериментальные данные СИМγv,Te,p,Ne,Метод материалэВТорсм-30.510-3молибде15\КРС1.51010новоестекло25.510-41-21.51010-1012 КАРСкварц8.0Tg,KЭкспериментТеорияСсылкаTv(X1+g), K600±501800-2300(±50)1800-2600[481]330205401207505034005402700420<200031002700Д.р.Д.р.Д.р.2.40.5/4.90.65210-21.01011ЛИФАС6.410-4сталь370±501600±1001700[408,1550]3.90.8/7.01.5310-25.71011КАРСмедь470±501780±1001800[495, 501,502, 1548]1.5199.31011КАРСсталь21502350±4002700[523]47601.010143580[1557]3.10.15.41010ЭСсталь410±502400±1002400[1552]3.1210-31.61010ЭСсталь550±1003050±5502600[1558, 1559,1560]201002 10122.8 1012ЭС14002750[1553]1-81.01011ЭС700[1554, 1555,1556]41.0/4.011.4310Примечание.

p - полное давление газа, PH – процентное содержание атомов водорода, Neи Te – концентрация и температура электронов, соответственно, v – вероятность гетерогеннойдезактивации колебательной энергии молекулы водорода, Tg – поступательная температура, E/N– приведенная напряженность электрического поля, Tc и Th – температуры электронов,298соответствующие низко - и высокоэнергетической части ФРЭЭ, соответственно.

ЭС –эмиссионная спектроскопия, КРС – комбинационное рассеяния света, ЛИФ – лазернаяиндуцированная флуоресценция, КАРС - когерентное антистоксова рассеяния света.Рис.165.Зависимостьпоступательной температуры Tg газа наоси ПС ТРПТ от удельной мощности WLв водороде.

Символы - эксперимент: 1 [133, 141, 1374]; 3 - [481]; 4 - [1549].Сплошнаялиния(2)результат-интерполяции данных [133, 141, 481,1374,1549]изрешенияуравнениятеплопроводности.Рис.166.ФРКУмолекулыводородавосновном состоянии в ПС ТРПТ [481] придавлении15–17Тор:1-больцмановскоераспределение Tv  X 1g  =1800 К; 2 - триноровскоераспределение при Tg =600 К и Tv  X 1g  =1800 К.Концентрации заселенностей N v для уровней v  2получены в результате интерполяции ФРКУ сиспользованием формул Больцмана и Тринора.Рис.167.

ФРКУ молекулы водорода в основномэлектронном состоянии молекулы водорода в разрядесвольфрамовымтермоэмиссионномкатодомвмагнитном поле [495, 501, 502, 1548] при давлении0.03Тор:1-больцмановскоераспределениеTv  X 1g  =1800 К; 2 - триноровское распределениепри Tg =470 К и Tv  X 1g  =1800 К. Концентрациизаселенностей N v для уровней v  2 получены врезультате интерполяции ФРКУ с использованиемформул Больцмана и Тринора.299Рис.168. ФРКУ молекулы водорода в основномэлектронном состоянии молекулы водорода в разряде свольфрамовым термоэмиссионном катодом в магнитномполе[408,1550]придавлении0.002Тор:1-больцмановское распределение Tv  X 1g  =1650 К, 2 триноровскоераспределениеприTg =370КиTv  X 1g  =1650 К [1550]; 3 - концентрации заселенностейN v высоколежащих уровней ( v =4–13) [408].Рис.169.

ФРКУ молекулы водорода в основномэлектронном состоянии в СВЧ разряде [523] придавлении 19 Тор: 1 - больцмановское распределениеTv  X 1g  =2350 К; 2 - триноровское распределение приTg =2150КизаселенностейрезультатеNvTv  X 1g  =2350для уровнейинтерполяцииФРКУК.Концентрацииv  2 получены всиспользованиемформул Больцмана и Тринора.4.1. Исследования функции распределения по колебательным и вращательным уровняммолекулы водорода в основном электронном состоянии методами спектроскопии КАРС вВЧ разрядах в водородеВ водородной НТП большое количество молекул водорода находится на колебательныхуровнях основного электронного состояния X 1 g .

Определение ФРВУ и ФРКУ молекулыводорода в основном состоянии является важным этапом исследований водородной НТП. Внастоящем параграфе выполнены экспериментальные исследования ФРВУ и ФРКУ молекулыH 2 в состоянии X 1 g посредством методов спектроскопии КАРС в ВЧ разрядах: созданыэкспериментальные установки для исследований методами спектроскопии КАРС ВЧ разрядов вводороде (подпараграф 4.1.1); развиты вычислительные коды для моделирования и обработкиспектров КАРС молекулы водорода в неравновесной водородной НТП (подпараграф 4.1.2);приведены результаты исследований ФРВУ и ФРКУ молекулы H 2 в основном состоянии X 1 gпосредством методов спектроскопии КАРС в ВЧ разрядах (подпараграф 4.1.3).300Экспериментальным исследованиям кинетики колебательно - возбужденных молекулводорода H 2  X 1g , v  в электрических разрядах в водородосодержащих газах посвященыработы [133, 141, 408, 416, 436, 437, 479, 481, 486, 495, 497, 501, 502, 504, 506, 508–510, 517,518, 520, 523, 524, 1374, 1546–1551].

В диссертации основное внимание уделяетсяисследованиям кинетики H 2  X 1g , v  в газовых разрядах в водороде [133, 141, 408, 416, 437,479, 481, 486, 495, 501, 502, 508–510, 517, 518, 520, 523, 1374, 1548–1551, 1546, 1547] (таблица11, рис. 165–169). Установлено, что измеренные ФРКУ и ФРВУ молекулы водорода в основномсостоянии X 1 g в водородной НТП отличаются от распределения Больцмана. Это, особенно,выражено для высокорасположенных колебательных v и вращательных J уровней. Значенияколебательной температуры, измеренные прямыми методами в газовых разрядах в водороде[408, 479, 481, 495, 501, 502, 523, 1548, 1550] не превышают Tv  X 1g   3500 К (таблица 11).Значения поступательной и вращательной температур меньше, чем значения колебательнойтемпературы, и лежат в диапазоне от 310 К до 750 К.

Это свидетельствует о том, чтоводороднаяНТПявляетсянеравновесной.Онахарактеризуетсявысокойстепеньюколебательно - поступательной неравновесности:vib  H 2    Ev  Eveq  Eveq  1 . (4.1.3)Рис.170.Схемаэкспериментальной установки дляисследованияазотавсостоянииФРКУмолекулыосновномэлектронном1 gметодамиспектроскопии КАРС в ВЧ разрядеиндуктивно - емкостного (а) иемкостного (б) типов в водороде.При описании кинетических процессов в водородной НТП с участием H 2  X 1g , v  необходимоиспользовать приближение неравновесной уровневой кинетики. Из экспериментальных работ,посвященных исследованиям кинетики H 2  X 1g , v  [408, 437, 479, 481, 486, 495, 501, 502, 508510, 517, 518, 520, 523, 1550, 1551, 1546–1548], для сравнительного анализа рассчитанных иизмеренных ФРКУ молекулы водорода и оценки значений уровневых коэффициентов301скоростей, выбраны данные [408, 481, 495, 501, 502, 523, 1548, 1550].

Характеристики

Список файлов диссертации