Совместное воздействие ударно-волнового нагрева и лазерного фотолиза для генерации активных атомов и радикалов в широком диапазоне температур

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Создан экспериментальный комплекс, сочетающий ударно-волновой нагрев и импульсный лазерный фотолиз исследуемых газовых смесей. Комплекс позволяет генерировать концентрации активных атомов и радикалов в широком диапазоне температур и давлений, что открывает новые возможности для детальных исследований в области химической кинетики и горения. Получены концентрации атомарного кислорода в диапазоне 1012 –1014 см–3 при воздействии эксимерного лазера Ar–F на длине волны 193 нм на ударно нагретую смесь O2 + Ar в диапазонах температур 700–1500 К и давлений 2–4 бар. Абсолютные значения концентраций атомов O с высокой точностью измерены с помощью метода атомно-резонансной абсорбционной спектроскопии на длине волны 130.5 нм. Показано, что разработанный комплекс может успешно использоваться для прецизионных исследований кинетики окисления различных топлив в области температур, характерных для практических энергопреобразующих установок, цикл работы которых включает процессы горения.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. С. Быстров

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: aemelia@ihed.ras.ru
Russian Federation, г. Москва

А. В. Емельянов

Объединенный институт высоких температур РАН

Author for correspondence.
Email: aemelia@ihed.ras.ru
Russian Federation, г. Москва

А. В. Еремин

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: aemelia@ihed.ras.ru
Russian Federation, г. Москва

Е. С. Курбатова

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: aemelia@ihed.ras.ru
Russian Federation, г. Москва

П. И. Яценко

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: aemelia@ihed.ras.ru
Russian Federation, г. Москва

References

  1. Гейдон А., Герл И. Ударная труба в химической физике высоких температур. М.: Мир, 1966. С. 428.
  2. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Физматгиз, 1965. C. 484.
  3. Hanson R.K., Davidson D.F. Advances in Shock Tube Techniques for Fundamental Studies of Combustion Kinetics // 25th ICDERS. Leeds, UK. August 2–7, 2015. 5 p.
  4. Chao X., Shen G., Sun K., Wang Z., Meng Q., Wang S., Hanson R.K. Cavity-enhanced Absorption Spectroscopy for Shock Tubes: Design and Optimization // Proc. Com. Ins. 2019. V. 37(2). P. 1345.
  5. Balan G.S., Raj S.A. A Review on Shock Tubes with Multitudinous Applications // Int. J. Impact Eng. 2023. V. 172. 104406.
  6. Pavlov V., Gerasimov G., Levashov V., Kozlov P., Zabelinsky I., Bykova N. Shock Tube Study of Ignition Delay Times for Hydrogen–Oxygen Mixtures // Fire. 2023. V. 6. P. 435.
  7. Zhao Z., Wang Y., Zhang J., Liang J., Zhang Y., Zhao F., De Wang Q. A Shock-tube Experimental and Kinetic Simulation Study on the Autoignition of Methane at Ultra-lean and Lean Conditions // Heliyon. 2024. V. 10. e34204.
  8. Cano Ardila F.E., Nagaraju S., Tranter R.S., Garcia G.A., Desclaux A., Ccacya A.R., Chaumeix N., Comandini A. External Standard Calibration Method for High-repetition-rate Shock Tube Kinetic Studies with Synchrotron-based Time-of-flight Mass Spectrometry // R. Soc. Chem. Analyst. 2024. V. 149(5). P. 1586.
  9. Figueroa-Labastida M., Zheng L., Ferris A.M., Obrecht N., Callu C., Hanson R.K. Shock-tube Laminar Flame Speed Measurements of Ammonia/Airgon Mixtures at Temperatures up to 771 K // Combust. Flame. 2024. V. 260. 113256.
  10. Campbell M.F., Parise T., Tulgestke A.M., Spearrin R.M., Davidson D.F., Hanson R.K., Strategies for Obtaining Long Constant-pressure Test Times in Shock Tubes // Shock Waves. 2015. № 25. P. 651.
  11. Ernst J., Wagner H.Gg., Zellner R. A Combined Flash Photo lysis/Shock-tube Study of the Hydroxyl Radical with CH 4 and CF 3 H around 1300 K // Ber. Bunsenges Phys. Chem. 1978. V. 82. № 4. P. 409.
  12. Michael J.V., Sutherland J.W., Klemm R.B. The Flash Photolysis-shock Tube Technique Using Atomic Resonance Absorption for Kinetic Studies at High Temperatures // Int. J. Chem. Kin. 1985. V. 17. P. 315.
  13. Davidson D.F., Chang A., Hanson R.K. Laser Photolysis Shock Tube for Combustion Kinetic Studies // 22nd Symp. (Int.) on Combust. Combust. Inst. 1989. P. 1877.
  14. Michael J.V., Lifshitz A. Atomic Resonance Absorption Spectroscop y with Flash or Laser Photolysis in Shock Wave Experiments. In: Handbook of Shock Waves / Eds. Ben-dor G., Igra O., Elperin T. Acad. Press, 2001. V. 3. P. 77.
  15. Koshi M., Yoshimura M., Matsui H. Photodissociation of O 2 and CO 2 from Vibrationally Excited States at High Temperatures // Chem. P hys. Lett. 1991. V. 176. № 6. Р. 519.
  16. Starikovskiy A., Aleksandrov N. Plasma-assisted Ignition and Combustion // Prog. Energy Combust. Sci. 2013. V. 39. P. 61.
  17. Емельянов А.В., Еремин А.В., Яценко П.И. Экспериментальное исследование взаимодействия атомов хлора с ацетиленом за ударными волнами // ТВТ. 2017. Т. 55. № 5. С. 806.
  18. Дракон А.В., Емельянов А.В., Еремин А.В., Яценко П.И. Исследование диссоциации трифторметана в широком диапазоне температур и давлений с использованием метода молекулярно-резонансной абсорбционной спектроскопии // ТВТ. 2017. Т. 55. № 2. С. 247.
  19. Bystrov N.S., Emelianov A.V., Eremin A.V., Yatsenko P.I. New Insight into Dissociation of Molecular Oxygen at Temperatures below 5000 K // Combust. Flame. 2023. V. 258. № 2(12). 113096.
  20. Bystrov N.S., Emelianov A.V., Eremin A.V., Yatsenko P.I. Kinetics and Thermodynamics of Unimolecular Dissociation of n -C 3 H 7 I // Z. Phys. Chem. 2024. V. 238. № 7. P. 1303.
  21. Millikan R.C., White D.R. Systematics of Vibrational Relaxation // J. Chem. Phys. 1963. V. 39. № 12. P. 3209.
  22. Andrienko D.A., Boyd I.D. Vibrational Relaxation and Dissociation of Oxygen in Molecule-Atom Collisions // AIAA Aviation Forum. 22–26 June 2015. Dallas, TX. 45th AIAA Thermophys. Conf. P. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup: 1 – excimer laser; 2 – optical system for forming a horizontal laser beam; 3 – quartz window at the end of the shock tube; 4 – microwave lamp with an antenna from a microwave generator; 5 – MgF 2 windows; 6 – Acton-502 vacuum monochromator; 7 – FEU-181 photomultiplier tube; 8 – pressure sensors; 9, 10 – oscilloscopes; 11 – shock tube.

Download (20KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Examples of typical oscillograms: (a) – T 5 = 1210 K, P 5 = 3.3 bar, delay – 200 μs, mixture 500 ppm O 2 + Ar; (b) – 930, 3.8, 150 μs, 5000 ppm O 2 + Ar; 1, 2 – arrival of incident and reflected shock waves, 3 – moment of laser pulse launch.

Download (32KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the relative yield of oxygen atoms, normalized to the value of the laser pulse energy, on the vibrational temperature: straight lines – approximation of experimental data, 1 – this work, 2 – [15].

Download (13KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».