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 Доступ платный или 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