Зажигание каменных углей лазерными импульсами второй гармоники неодимового лазера в режиме модуляции добротности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено зажигание таблетизированных образцов каменных углей следующих марок: длинно-пламенного газового (ДГ), газового (Г), жирного (Ж), коксового (К), с размерами частиц ≤ 63 мкм лазерными импульсами с длиной волны λ = 532 нм, длительностью τi = 10 нс. При превышении критической плотности энергии излучения Hcr(1), конкретной для каждой марки угля, происходят оптический пробой и образование плотной плазмы со сплошным спектром свечения. По мере разлета и разрежения плазмы в спектрах регистрируется свечение ионов углерода CII, возбужденных атомов азота N, возбужденных молекул углерода C2 и окиси углерода CO. Максимум интенсивности свечения плазмы наблюдается по окончании лазерного импульса, время релаксации свечения составляет ~1 мкс. Амплитуда свечения плазмы нелинейно возрастает с ростом плотности энергии лазерных импульсов. При плотности энергии излучения H ≥ Hcr(2), конкретной для каждой марки угля, происходит инициирование термохимических реакций в объеме микрочастиц и зажигание угольных частиц в субмиллисекундном временном интервале.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. П. Адуев

Институт углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: lesinko-iuxm@yandex.ru
Россия, Кемерово

Д. Р. Нурмухаметов

Институт углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии отделения Российской академии наук

Email: lesinko-iuxm@yandex.ru
Россия, Кемерово

Я. В. Крафт

Институт углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии отделения Российской академии наук

Email: lesinko-iuxm@yandex.ru
Россия, Кемерово

З. Р. Исмагилов

Институт углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии отделения Российской академии наук

Email: lesinko-iuxm@yandex.ru
Россия, Кемерово

Список литературы

  1. Chen J.C., Taniguchi M., Narato K., Ito K. // Combust and Flame. 1994. V. 97. № 1. P. 107; https://doi.org/10.1016/0010-2180(94)90119-8
  2. Глова А.Ф., Лысиков А.Ю., Зверев М.М. // Квантовая электрон. 2009. Т. 39. № 6. С. 537.
  3. Taniguchi M., Kobayashi H., Kiyama K., Shimogori Y. // Fuel. 2009. V. 88. № 8. P. 1478; https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.02.009
  4. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. // Фмзика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 5. С. 115; https://doi.org/10.15372/FGV20220514
  5. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. // Оптика спектроскопия. 2022. Т. 130. № 8. С. 1193; https://doi.org/10.21883/OS.2022.08.52905.3750-22
  6. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 13; https://doi.org/10.31857/S0207401X22030025
  7. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Нелюбина Н.В. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 12. С. 47; https://doi.org/10.7868/S0207401X16120025
  8. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Ковалев Р.Ю. и др. // Оптика спектроскопия. 2018. Т. 125. № 2. С. 277; https://doi.org/10.21883/OS.2018.08.46373.29-18
  9. Aduev B.P., Kraft Y.V., Nurmukhametov D.R., Ismagilov Z.R. // Combust. Sci. Technol. 2022. P. 1; https://doi.org/10.1080/00102202.2022.2075699
  10. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Белокуров Г.М., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. // ХТТ. 2021. № 3. С. 65; https://doi.org/10.31857/S0023117721030026
  11. Коротких А.Г., Сорокин И.В., Архипов В.А. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 41; https://doi.org/10.31857/S0207401X22030074
  12. Валиулин С.В., Онищук А.А., Палеев Д.Ю. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 4. С. 41; https://doi.org/10.31857/S0207401X21040130
  13. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Нелюбина Н.В., Лисков И.Ю., Исмагилов З.Р. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 3; https://doi.org/10.31857/S0207401X23030032
  14. Швайко В.Н., Кречетов А.Г., Адуев Б.П., Гудилин А.В., Серов С.А. // ЖТБ. 2005. Т. 75. № 6. С. 59.
  15. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения. М.: МГУ, 1989.
  16. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекций. Уч. рук-во. М.: Наука, 1989.
  17. Горбунов А.В., Классен Н.В., Максимук М.Ю. // ЖТФ. 1992. Т.62. № 12. С. 39.
  18. Liu K., He C., Zhu C. et al. // Trends Analyt. Chem. 2021. V. 143. P. 116357; https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116357
  19. Cai J., Dong M., Zhang Y. et al. // Spectrochim. Acta, Part B. 2021. V. 180. P. 106195; https://doi.org/10.1016/j.sab.2021.106195
  20. Пирс Р., Гейдон А. Отождествление молекулярных спектров М: Из-во иностр. лит., 1949.
  21. NIST Standard Reference Database 78; https://dx.doi.org/10.18434/T4W30F
  22. Ikegami T., Nakanishi F., Uchiyama M., Ebihara K. // Thin Solid Films. 2004. V. 457. № 1. P. 7; https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.12.033
  23. Сверхкороткие световые импульсы // Под ред. Шапиро С., М.: Мир, 1981.
  24. Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. № 12. С. 1898; https://doi.org/10.21883/OS.2020.12.50327.187-20

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Функциональная схема экспериментальной установки: 1 – нейтральные светофильтры; 2 – светоделительная пластина; 3 – поворотное зеркало; 4 – линза (F = 25 см); 5 – экспериментальная сборка с образцом; 6, 8, 9 – линзы (F = 10 см); 7 – спектрально-временная щель; Л – импульсный Nd:YAG-лазер, Ф – фотодиод, ФХ – фотохронограф, П – полихроматор, СФХ – спектрофотохронограф “ВЗГЛЯД-2А”, БС – блок синхронизации, ПК – персональный компьютер, ФЭУ – фотоэлектронный умножитель, К – экспериментальная камера.

Скачать (153KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Типичные осциллограммы первого (а) и второго (б) типов свечения угля марки ДГ (на врезке представлен начальный участок свечения во временно́м интервале 0–60 нс; штриховая линия – лазерный импульс).

Скачать (121KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость вероятности появления (Р) обнаруженных типов свечения для угля марки ДГ от плотности энергии лазерных импульсов: 1 – первый тип свечения, Hcr(1) = (0.40 ± 0.05) Дж/см2 (рис. 2а); 2 – второй тип свечения, Hcr(2) = (3.9 ± 0.4) Дж/см2 (рис. 2б).

Скачать (42KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость амплитуды интенсивности свечения I от плотности энергии H в момент времени, соответствующий окончанию лазерного импульса, для следующих марок угля: а – ДГ, б – Г, в – Ж, г – К.

Скачать (146KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры свечения образцов в момент времени 20 нс от начала лазерного импульса для следующих марок угля: а – ДГ, б – Г, в – Ж, г – К.

Скачать (177KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры свечения образцов в момент времени 100 нс от начала лазерного импульса следующих марок угля: а – ДГ, б – Г, в – Ж, г – К

Скачать (248KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектры свечения образцов в моменты времени, соответствующие максимумам на кинетических кривых типа рис. 2б, для следующих иарок угля: а – ДГ, б – Г, в – Ж, г – К. Штриховые кривые – аппроксимация формулой Планка при температуре (2400 ± 100) К.

Скачать (142KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости Hcr(1) (а) и Hcr(2) (б) от выхода летучих веществ, V daf, измеренные при воздействии излучением с λ = 1064 (1) и 532 нм (2).

Скачать (105KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024