Диссертация (1097947), страница 59

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

Текст из файла (страница 59)

Точки - экспериментальные данные.Линия 1 и 2 - результаты расчетов ФРКУ молекулыводородасогласнораспределениюБольцманаприTv  X 1g  =3400 K и кинетической модели, представленнойв диссертации, соответственно.Рис.175. ФРВУ молекулы водорода в основномсостоянии при давлении 2 Тор.  и + обозначаютданные,полученныетермодинамическогоприравновесияиусловияхстатическихусловиях в разрядной камере при значениях газовойтемпературе 480 и300 К, соответственно.обозначают данные, полученные в электродном ВЧразряде емкостного типа.

N J - концентрация молекулводорода на вращательном уровне с числомJ. J   2  J  1 - статистический вес вращательногосостояния с числом J .На рис. 174 показана ФРКУ молекулы водорода для колебательных уровней v=02,восстановленная из обработки спектров КАРС в ВЧИЕ разряде при давлении 1.5 Тор. Точкиобозначают ln(Nv/N0) в зависимости от колебательного уровня v. Линия (1) получена из306обработки экспериментальных данных для ln(Nv/N0) методом наименьших квадратов впредположении, что распределение по колебательным уровням описывается формулойБольцмана.

ФРКУ молекулы водорода заметно отклоняется от распределения Больцмана ихарактеризуется Tv  X 1g  =3100 К. С увеличением давления до 8 Тор Tv  X 1g  медленноспадает до 2700 К. В спектрах КАРС, зарегистрированных в электродном ВЧЕ разряде, какихлибо линий КАРС заметной интенсивности, относящихся к ветви Q21, не наблюдалось.Полученный результат подтверждает результаты измерений [436], и согласуется с результатамичисленного моделирования колебательной кинетики водорода при низком давлении в тлеющеми ВЧ разрядах [1054, 1561–1563]. В [1552] установлено, что при оптимальных условияхколебательного возбуждения молекул водорода Tv  X 1g  в ПС ТРПТ достигает максимальногозначения 2000 K. В то время как в ВЧ разряде подобные вычисления дают Tv  X 1g  , непревышающую 1000 K.Рис.176.

Расчетные спектры КАРС при условиях термодинамического равновесия попоступательно - вращательно - колебательным степеням свободы молекулы водорода придавлении 2 тор в зависимости от вращательной температуры Trot  X 1g  . Линии Q - ветвимаркируются в соответствии с их вращательным квантовым числом J. а) Trot  X 1g  = 280, 340 и520 K, б) Trot  X 1g  = 2260, 2440 и 2560 K.Нарис.175приведеныраспределениязаселенностеймолекулводородаповращательным уровням энергии для колебательного уровня v=0, восстановленные из спектровКАРС, записанных сканирующим способом в безэлектродном ВЧ разряде емкостного типа.307Рис.177. Сопоставление расчетных иэкспериментальныхспектровКАРС,полученных в одной лазерной вспышке, приусловиях термодинамического равновесия повнутреннимстепенямсвободымолекулыводорода.

Давление молекулярного водородаравно30Тор.Точкиэкспериментальнымсоответствуютданным.Линииобозначают результаты расчетов. Наилучшеесогласие между расчетом и экспериментомдостигаетсяпритемпературыа)значенияхTrot  X 1g  =300Trot  X 1g  =490маркируютсявращательнойK.вKЛиниииб)Q-ветвисоответствиисихвращательным квантовым числом.Рис.178. Расчетные спектры КАРСпереходов v = 0  v = 1 и v = 1  v = 2 взависимоститемпературыотTv  X 1g равновесияпоколебательнымВращательнаяколебательнойпри нарушениивращательностепенямтемпература-свободы.идавлениеравняются 800 K и 2 Тор соответственно.ЛинииQ-ветвеймаркируютсявсоответствии с их вращательными числами.308Рис.179.РасчетспектровКАРСмолекулы водорода для колебательно вращательного перехода v = 1 - v = 2 какфункция вращательной температуры припостоянномзначениитемпературыколебательнойпервогоуровняTv  X 1g  =4000 K.

Давление равно 2 Тор.ЛиниимаркируютсяQ-ветвисоответствиисихввращательнымквантовым числом.Рис.180 а и б. Сопоставлениерасчетногоиэкспериментальногоспектров КАРС, полученного в однойлазерной вспышке, в электродном ВЧразрядеемкостноготипа.Полноедавление газа равно 2 Тор. Точкисоответствуютэкспериментальнымданным. Линии обозначают результатырасчетов. Наилучшее согласие междурасчетом и экспериментом достигаетсяпризначенияхвращательнойтемпературы Trot X 1g =340 K.

ЛинииQ - ветви маркируются в соответствии сих вращательным квантовым числом.На рис. 180б изображены те же самыеспектры, что и на рис. 180а, но вувеличенном масштабе.Установлено, что ФРВУ молекулы водорода для уровня v=0, измеренная методомузкополосной спектроскопии КАРС в ВЧЕ разряде, не отклоняется от распределенияБольцмана для вращательных уровней J=0–3. Полученный результат находится в хорошем309согласии с [501, 502]. Температура Trot  X 1g  , соответствующая ФРВУ молекулы водорода,находится в согласии со значениями температур, соответствующих отношению заселенностей130102NJ для пар уровней с числами J = 0, 2 – Trot, с J=1, 3 - Trot, а также с J=0, 1 - Trot.

Проведенныев условиях термодинамического равновесия измерения Trot  X 1g  и Tg методом узкополоснойспектроскопии КАРС и термопарой Tterm = 30020 К и 49020 К, с целью калибровкиспектрометра при p = 2 Тор, также находятся в хорошем согласии. Измеренную Trot  X 1g  вусловиях эксперимента можно отождествлять с Tg. Рис.

176 и 177 иллюстрируют результатырасчетов и подгонки рассчитанного спектра к экспериментальным спектрам, измеренным прикалибровке спектрометра КАРС в условиях термодинамического равновесия. Точками награфике показаны спектры КАРС, полученные посредством острой фокусировки лазерныхпучков - Planar BOXCARS - в одной лазерной вспышке и нормированные на нерезонансныйсигнал КАРС, записанный в аргоне. Рис. 177а демонстрирует корреляцию измеренного ирасчетного спектра КАРС при комнатной температуре. Рис. 177б показывает сравнение междуэкспериментальным спектром КАРС, который был зарегистрирован в одной лазерной вспышкев водороде, нагретом до 510 K при термодинамическом равновесии, и расчетным спектром.Наилучшее согласие между расчетным и экспериментальным спектром достигается призначении Trot  X 1g  = 490 K.

Следует отметить, что расчетные и измеренные спектры КАРСнаходятся в согласии с результатами [416, 421, 501, 502, 504, 524, 1547].На рис. 178 и 179 приведены расчеты спектров КАРС для колебательно-вращательныхпереходов v = 0  v = 1 и v = 1  v = 2 в зависимости от Trot  X 1g  и Tv  X 1g  принарушении термодинамического равновесия. При расчетах спектров, приведенных на рис. 179температура Tv  X 1g  изменялась в диапазоне от 1000 до 5000 K при постоянном значенииTrot  X 1g  = 800 K. Так же, как и на рис.

177а, широкополосный спектр КАРС дляколебательно-вращательного перехода v = 0  v = 1 главным образом состоит из линийсильной интенсивности, соответствующих Q01-ветви с J = 0 – 3. Вследствие более высокихзначений Trot  X 1g  дополнительно наблюдаются линии очень слабой интенсивности с J = 4 и5, обозначаемые как Q01(4) и Q01(5). Линии, соответствующие Q12-ветви колебательновращательного перехода v = 1  v = 2, наблюдаются при значениях Tv  X 1g   1600 – 2000 K.Сопоставление результатов расчетов и измерений спектров КАРС показывает, что изменениеTv  X 1g  от 340 до 2000 K не влияет на результат определения Trot  X 1g  .310Рис.

180 иллюстрирует сравнение расчетных и экспериментальных спектров, записанныхв безэлектродном ВЧЕ разряде в одной лазерной вспышке, с использованием коллинеарнойсхемы сведения пучков лазеров накачки при p = 2.0 Тор. Рис. 180а показывает, что амплитудысигналов КАРС, соответствующих линиям Q01(0), Q01(2) и Q01(3), значительно ниже амплитудылинии Q01(1), что связано с низким значением Trot  X 1g  . Чтобы наилучшим образом отразитьрезультаты подгонки рассчитанного спектра к экспериментальному, на рис. 180б линии Q01(0),Q01(2) и Q01(3) сопоставлены в увеличенном масштабе.

Наилучшее согласие между спектрамидостигается при Trot  X 1g  =340 K.Рис.181. Сопоставление расчетногои экспериментального спектров КАРС,усредненного по 10 лазерным вспышкам вбезэлектродном ВЧ разряде индуктивно емкостного типа. Полное давление газаравно 1.5 Тор при мощности 0.5 Вт/см3.Точки соответствуют экспериментальнымданным. Линии обозначают результатырасчетов.Наилучшеесогласиемеждурасчетом и экспериментом достигается призначенияхвращательнойTrot  X 1g  =600K,втотемпературывремякакколебательная температура первого уровнясоставляет Tv  X 1g  =3980 K, а Tv12  X 1g = 3600 K, соответствует уровням v =1 и 2.ЛинииQ-ветвимаркируютсявсоответствии с их вращательным числом.В отличие от ВЧЕ разряда в ВЧИЕ разряде были зарегистрированы спектры КАРС,соответствующие переходам от v = 0  v = 1 (Q01) до v =2  v = 3 (Q23) при p= 1.5 Тор (рис.181).311Рис.182.расчетногоСопоставлениеиэкспериментальногоспектров КАРС, усредненного по 10лазерным вспышкам в безэлектродномВЧИЕ разряде.

Давление газа равно 8.0Тор при мощности 2.0–2.5 Вт/см3. Точкисоответствуютэкспериментальнымданным. Линии обозначают результатырасчетов. Наилучшее согласие междурасчетом и экспериментом достигаетсяпризначенияхвращательнойтемпературы Trot  X 1g  =800 K, в товремя как колебательная температурасоставляет Tv  X 1g  =3000 K.Рис.183. а) Гистограмма значений вращательной температуры Trot  X 1g  , построеннойиз обработки 300 спектров КАРС, записанных в одной лазерной вспышке, в электродном ВЧразряде при давлении 2.0 Тор. б) Гистограмма значений Trot  X 1g  , построенной из обработки170 спектров КАРС, записанных в одной лазерной вспышке, в водороде нагретого до 510 K вусловиях в условиях термодинамического равновесия, в статических условиях при давлении 30Тор. Линия обозначает функцию распределения значений вращательной температуры,являющейся результатом обработки экспериментальных данных.312Рис.185.

Характеристики

Список файлов диссертации