Short-Pulse Laser Spectroscopy for Combustion Diagnostics - Laser-Induced Fluorescence of Polyatomic Molecules and Developments in Measurement and Evaluation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Förbränning är den viktigaste energikällan på jorden och en ökad förståelse av förbränningsprocesser är väsentlig för att minska miljöfarliga utsläpp och för att öka effektiviteten av förbränningsanläggningar och motorer. För detta ändamål är det viktigt att bestämma bl. a. koncentrationer av ämnen som bildas under förbränningen. Laserbaserade mätmetoder möjliggör beröringsfria mätningar utan att påverka förbränningsprocessen. Laserinducerad fluorescens (LIF) är en mycket spridd mätteknik där laserstrålning absorberas av molekylerna i fråga, som sedan sänder ut den upptagna energin som strålning (fluorescens), vars intensitet är ett mått på ämnets koncentration. Mätningen påverkas emellertid i hög grad av olika fysikaliska processer som hindrar ett stort antal molekyler från att fluorescera. Ett exempel är förlust av den upptagna energin vid stöt med andra molekyler. Dessa fysikaliska processer sammanfattas med begreppet "quenching" (eng. utsläckning) och kan studeras genom att iaktta fluorescensens väldigt snabba förlopp under några miljarddels sekunder, en metod som kallas för tidsupplöst laserinducerad fluorescens. Denna metod användes för att undersöka i vilken mån quenching påverkas av temperatur, tryck och syrgashalten i förbränningsgaserna. Mätningar genomfördes på polyaromatiska kolväten och formaldehyd. De förstnämnda spelar en viktig roll i sotbildning medan formaldehyd är ett ämne som bildas tillfälligt under förbränning av fossila bränslen vid förhållandevis låga temperaturer. Detta ämne är av stort intresse vid undersökning av självantändning, som dels ger upphov till knack i förbränningsmotorer men även utgör antändningsprocessen i HCCI-motorn, en experimentell motortyp som bygger på homogen kompressionsantändning. Dessutom utvecklades en teknik med vilken quenching kan mätas i två dimensioner med hjälp av en såkallad streak-kamera, en snabb kamera som kan följa intensitetsförlopp under kortare tid än en miljarddels sekund. Denna metod är av intresse för avbildande mätningar av förbränningsämnens rumsliga fördelning. Ett annat arbete handlar om en förbättrad metod för anpassning av mätdata, vilken framförallt är avsedd för sådana fall då laserljusets intensitet varierar mycket under mätningen.