Laser Diagnostics in Combustion - Elastic Scattering and Picosecond Laser-Induced Fluorescence

Abstract: Popular Abstract in Swedish Laserbaserd Förbränningsdiagnostik - Elastisk Spridning och Pikosekundlaserinducerad fluorescens Elastisk spridning och Lorenz-Mie (LM) teorin används för att karakterisera droppar av organiskt bränlse med en diameter kring 1 mikrometer. Beräkningar baserade på LM-teorin visar att det spridda ljuset i sido- och bakåtrikningen kan användas för omisskänslig detektion av ensembler av homogena droppar av organiskt material med en diameter kring 1 mikrometer (storleksparameter mellan 2 och 6). En signatur framträder i polarisationskvoten (horisontal/vertikal) med ett värde klart större än ett i motsats till fallet med större droppar, som p.g.a "regnbågseffekten" har en kvot klart mindre än ett. En jämförelse mellan mätningar och LM-beräknngar visade att ett stort antal droppar med diametern midre än en mikrometer fanns närvarande i aerosoler och välatomiserade sprejer. En 3-D teknik baserad på pikosekundlaser och streak camera har demonstrerats för mätningar på snabba och turbulenta tvåfasflöden. Hela 3-D informationen erhölls på en tid mindre än 15 nanosekunder. En 2-D teknik baserad på pikosekundlaser och streak camera har demonstrerats för livstidsmätningar på statiska objekt. En analys indikerar möjligheten för användandet av tekniken på livstider kring 1 pikosekund eller därunder vid utnyttjandet av femtosekundlaser och femtosekund streak camera. Tekniken kan i princip även användas på dynamiska förlopp när två detektorer används. Mätningar av fluorescenslivstider för väte och syreatomer i flammor vid atmosfärstryck visar behovet av lasrar med passande spektrala egenskaper vad avser stabilitet och linjebredd. I fallet för syreatomer finns även behovet av detektorer med tillräcklig känslighet i det infraröda området. Fluorescenslivstiderna för aceton och 3-pentanon har upmätts för gasformiga blandningar innehållande kvävgas och luft vid olika tryck (0.01-10 bar) och temperatur (323-723 K). Den effektiva livstiden ökar generellt med stigande gastryck och sjunker med stigande temperatur på olika sätt för de två ketonerna. Detta ger vissa implikationer för deras utnyttjande vid förbränningsrelaterade studier. Fluorescensen från aromatiska kolväten i gasfas vid atmosförstryck har studerats vid höga temperaturer. Livstiderna minskade generellt sett mellan en och två storleksordningar då temperaturen höjdes från 400 till 1200 K. Beroendet av fluorescensen på temperaturen och syrehalten indikerar att den beror på sekvenser och tillståndtätheten hos vibrationstillstånden. Resultaten ger också vissa implikationer på utnyttjandet av fluorescensen vid förbränningsrelaterade studier.