Конкурс научных работ 2013 года

Применение излучения терагерцового диапазона
для исследования процессов горения

Чесноков Е.Н., Асеев О.С., Коробейничев О.П., Якимов С.А., Князьков Д.А.,
Шмаков А.Г. Васильев А.А.1, Пальчиков Е.И.1, Кубарев В.В.2,
Долгих А.В.1, Красников И.Ю.1, Тен К.А. 1

1. Институт гидродинамики СО РАН
2. Институт ядерной физики СО РАН

1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.

Использование спектроскопии в терагерцовой области для изучения пламен представляется интересным по двум причинам. Во-первых, в этой области находятся спектры поглощения многих легких свободных радикалов, важных для химии горения (OH, NH, CH, NH2, и др.). Во-вторых, длинноволновое излучение терагерцового диапазона легко проходит через среды, содержащие аэрозольные частицы, которые сильно рассеивают излучение видимого и УФ диапазонов. Изучение горения “сажистых” пламен углеводородо-воздушных смесей, а также горючих частиц и капель размером 1-100 мкм (угля, углеводородов, металлов) в двухфазных потоках важно для понимания механизма сажеобразования и агломерации частиц в пламенах, поиска путей уменьшения вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, увеличения полноты сгорания и интенсификации горения в двигателях.

2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.

Целью работы была экспериментальная проверка возможности использования терагерцового излучения лазера на свободных электронах для детектирования радикалов OH в сажистом пламени, а также для измерения концентрации водяных паров.

3. Используемый подход, его новизна и оригинальность.

Попытка использования излучения ЛСЭ для изучения пламен является новой. Также оригинальным является прием выделения сигнала свободных радикалов в пламени, использующий эффект Фарадея.

4. Полученные результаты и их значимость.

Показана возможность измерения концентрации радикалов и стабильных парамагнитных частиц в пламенах с помощью излучения терагерцового диапазона (1-10 ТГц). Используя эффект вращения плоскости поляризации излучения терагерцового диапазона в магнитном поле (эффект Фарадея) экспериментально продемонстрирована возможность детектирования стабильного газа NO в кювете, а также радикалов ОН в Н2/O2/N2 пламени при атмосферном давлении. Данный метод может быть применен для изучения сильно рассеивающих сред, непрозрачных в видимом диапазоне, например запыленных или сажистых пламен.

5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.

В известных нам работах по спектроскопии пламен в терагерцовой области изучались только спектры водяных паров.

6. Вклад авторского коллектива.

Вклад наших сотрудников является определяющим, поскольку сотрудники Института гидродинамики подключились к работе только на последнем этапе, когда начались попытки изучения взрывных процессов.

Список публикаций.
  1. Chesnokov, E. N.; Aseev, O. S.; Korobeinichev, O. P.; et al. Using terahertz radiation to detect OH radicals and NO molecules in flames, COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 46 Issue: 2 Pages: 149 2010
  2. Chesnokov, E. N.; Aseev, O. S.; Korobeinichev, O. P.; et al. Detection of paramagnetic particles in a flame using terahertz radiation, MENDELEEV COMMUNICATIONS Volume: 20 Issue: 1 Pages: 55-56 2010
  3. Chesnokov, E. N.; Koshlyakov, P. V.; Shmakov, A. G.; et al. Terahertz free-electron laser radiation to determine water concentration in flames, COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 48 Issue: 4 Pages: 387-392 2012
  4. А.А. Васильев, Е.И. Пальчиков, В.В. Кубарев, Е.Н. Чесноков, П.В. Кошляков, А.В. Долгих, И.Ю. Красников, К.А. Тен. О работах по исследованию стационарных и нестационарных волн горения водородно-кислородной смеси на терагерцовом новосибирском лазере на свободных электронах, Известия РАН. Серия физическая, Т. 77 № 9 2013г, с. 1375–1378


© 2013 ИХКГ СО РАН, г. Новосибирск