Development and Application of Laser-Induced Emission Techniques for Combustion Diagnostics -High-Resolution Visualization of Turbulent Reacting Flows

Abstract: Popular Abstract in Swedish Sedan människan lyckades skapa eld har förbränning utgjort den viktigaste energikällan i mänsklighetens långa historia, viket den ser ut att fortsätta vara det inom en överskådlig framtid. I dagsläget kommer mer än 90% av vår energi från förbränningsprocesser. Dock uppstår en rad problem kring förbränning, såsom föroreningar och möjligheten till använda sig av förnyelsebara bränslen. Därför är det mycket viktigt med forskning kring förbränning i syfte att minska utsläppen, öka effektiviteten och säkerheten, hitta rena och förnyelsebara bränslen, etc. Förbränning är ett synnerligen komplicerat fenomen som involverar tusentals reaktioner och intermediära ämnen. Traditionellt han man undersökt förbränning med probtekniker. Sonden som man för in i flamman kommer emellertid att påverka och förändra flamman, vilket gör att information som probmätningen ger är påverkad av själva mätningen. Därför använder vi oss av lasertekniker för att diagnostisera förbränning utan att störa den, och information som förvärvats genom lasermätningar blir således mer tillförlitlig. Den teknik som jag huvudsakligen har använt mig av i avhandlingen kallas laser-inducerad fluorescens (LIF). Laser används som ljuskälla och strålen dirigeras in i lågan. Om lasern har en speciell färg kan endast ett ämne i lågan påverkas varpå de andra ämnena kan betraktas som genomskinliga. De ämnen som påverkas av laserns ljus sänder i sin tur ut ljus med en annan färg som kallas fluorescens. Genom att avbilda fluorescensen med en kamera får man en bild av fördelningen av detta ämne i flamman. Jag ska ge ett exempel på hur denna teknik används vid förbränningforskning. Förbränningen kan ske i turbulent miljö och turbulensen genererar en hel del mycket små virvlar. Genom att avbilda LIF-signalen med en kamera visualiseras ett visst ämne i virvelstrukturen med hög spatial upplösning. För olika flamförhållanden kommer vi att se olika strukturer, vilket gör att man får värdefull information kring förbränningsprocesser, såsom samspelet mellan turbulens och kemiska reaktioner i förbränning.