Обращение спектральных линий, метод измерения температур

Применением метода обращения спектральных линий для измерения температуры во время взрыва в цилиндре двигателя [9] удалось показать, что после того как воспламенение закончилось, в цилиндре могут существовать температурные перепады, превышающие 300° С. При детонации максимальная температура цикла достигается раньше, последующая степень охлаждения увеличивается (за счет увеличенной теплоотдачи в стенки. — -Ред.), и температура выхлопа понижается. В самом деле, интересно отметить, что максимальная температура, наблюдаемая в двигателе со степе ью сжатия 4,4 1, превышает 2500° С и более чем на 1000° С выше точки плавления материала, нз которого изготовлена камера сгорания. [c.43]

В некоторых случаях возможны значительные отклонения от равновесного состояния (особенно л зоне реакции или во фронте пламени). Любые методы, измерения при этом дают не истинные, а некоторые эффективные значения температур. Методы обращения спектральных линий, абсолютной и относительной интенсивности, определения вращательной и колебательной температуры основаны на измерении интенсивности излучения тех или иных газообразных частиц. В случае аномального возбуждения газообразных частиц, по интенсивности из лучения которых производится измерение, эффективная температура будет зависеть от вида и степени отклонения и в большинстве случаев будет недостоверна (не будет характеризовать даже примерное распределение энер- [c.32]

Б качестве довода в пользу существования равновесия в горячих пламенах, далее, можно привлечь результаты измерения интенсивности излучения и температуры этих пламен. Если интенсивность излучения разреженных пламен на много порядков превышает интенсивность равновесного излучения при температуре пламени и представляет собой практически чистую хемилюминесценцию, то интенсивность горячих пламен обычно мало отличается от интенсивности равновесного излучения, а в случае бесцветных пламен, т. е. пламен, не содержащих твердых частичек, значительно уступает равновесной интенсивности. Равновесный характер излучения некоторых горячих пламен следует из распределения интенсивности в спектре этих пламен, в частности из близкого совпадения вращательной температуры, т. е. температуры, вычисляемой из распределения интенсивности в полосах электронного спектра испускания пламени, с его истинной температурой. Таковы, например, пламена водорода и окиси углерода, а также кислородные пламена метилового спирта, формальдегида и муравьиной кислоты, в которых вращательная температура гидроксила оказывается близкой к температуре пламени. Температура, измеренная при помощи того или иного метода (например, метода обращения спектральных линий, основанного на допущении о равновесных концентрациях возбужденных атомов в зоне пламени), часто оказывается близкой к максимальной температуре, отвечающей химическому равновесию в пламени [658], как это видно, в частности, из данных табл. 57. [c.577]

Принципиальная особенность уравнения (3.33), связывающего интенсивность излучения с концентрацией частиц в основном состоянии, состоит в том, что оно справедливо в условиях теплового равновесия. Убедиться в выполнении этого условия можно тремя способами. Во-первых, измерить температуру пламени методами обращения спектральных линий и сравнить ее с температурой, определенной каким-либо другим методом или по линиям, которые заведомо находятся в равновесии. Во-вторых, сопоставить измеренные интенсивности двух спектральных линий и проверить их соответствие уравнению (3.33). Если нет ограничений на состав исследуемого газа, то этот способ можно распространить на случай двух различных атомов. Наконец, третий и наиболее общий метод состоит в преобразовании уравнения (3.33) к виду [c.226]

Для измерения температуры как в пламени горелки [8], так и во взрывном пламени [9] наилучшие результаты дает применение спектроскопического метода. При этом свет от накаленной электричеством нити проходит через пламя, окрашенное следами щелочного металла, обычно натрия, и совместное излучение нити и пламени наблюдается через спектроскоп. При температурах нити накаливания ниже температуры пламени спектр дает яркие линии излучения натрия. При увеличении температуры нити выше температуры пламени линии натрия становятся черными линиями поглощения. Температура нити, при которой происходит обращение излучения в поглощение, и есть температура газового пламени. Такой метод измерения температуры горящих газов называется методом обращения спектральных линий. [c.16]

При всех обычных способах определения температуры, связанных с применением термопар, платиновых термометров или оптических пирометров, описанные выше трудности, обусловленные столкновениями молекул различных газов с поверхностью термометра, не позволяют считать результаты измерений достаточно точными. Если не принять специальных предосторожностей, то очень трудно учесть поправку на потерю энергии при излучении. В случае быстро движущихся газов, таких, как выхлопные газы в двигателе, необходимо также вводить поправку на адиабатическое нагревание термометра, что может представить значительные трудности, если поток газа неоднороден. Кроме того, платиновые термометры сопротивления и большинство термопар различных типов непригодны выше точки плавления платины при 1173° С. Поэтому некоторые авторы применили для определения температур пламени метод обращения спектральных линий. Поскольку в этом методе не требуется вводить какое-либо твердое тело в зону пламени, большое количество трудностей, встречающихся в обычной термометрии, при этом устраняется. [c.218]

Так как в методе лучеиспускания и поглощения используется широкий участок длин волн, ошибка за счет наличия хемилюминесценции меньше ошибки измерения температуры пламени, когда для сравнения спектральной яркости выбирается узкая линия излучения. С другой стороны, требования метода лучеиспускания и поглощения более строгие, чем требования метода обращения снектральных. линий, в том смысле, что статистическое равновесие должно осуществляться для всех излучателей в сравнительно широкой спектральной области. Кратко сформулируем преимущества и недостатки обоих методов [c.399]

Томас, Гейдон и Бруэр [3964] исследовали фиолетовую систему полос СН в спектре пламени дициан-кислород и определили колебательную температуру этого пламени. Сравнение измеренной температуры пламени с температурами, вычисленными на основании различных возможных значений Оо(Мз), показало правильность значения 9,759 эв. Более точное измерение температуры этого же пламени было выполнено Конуеем, Вильсоном и Гроссом [1163] методом обращения спектральных линий. Авторы работы [1163] также пришли к выводу, что Оо(Мг) = 9,759 эв. [c.394]

Опыты по определению температуры пламени газов были проведены уже в 1817 г. Дэви [1], который взрывал смеси циана и кислорода и рассчитывал температуру из измеренного увеличения объема. Подобные опыты были также выполнены Бунзеном 50 лет спустя. Довольно полный список работ по определению температуры пламен приведен в статье, опубликованной Бэккерелем [2] в 1863 г. Несколько лет спустя оптические методы измерения температуры пламени были описаны в работе [3]. Большинство современных методов определения температуры (метод термопар [4—6], метод обращения спектральных линий [7] и метод нагретой проволоки с компенсацией [8]) предложено в начале нашего столетия. [c.394]

Наличие источников возбуждения интенсивного излучения приводит к меньшим ошибкам нри измерении температуры пламени двухцветовым, методом, чем нри измерении методом обращения спектральных линий, если энергия излучения, испускаемая аномально возбужденными излучателями, составляет лишь небольшую часть общей энергии излучения в исследуемой области длин волн. Однако измерение температуры возможно только в сравнительно обширной зоне пламени, тогда как метод обращения позволяет провести по крайней мере контрольные локальные измерения при подходящем способе введения веществ, дающих дополпительпоо излучение и поглощение. [c.398]

Те.мпсратура пламсня может быть также определена методом обращения спектральных линий. Установка для измерения температуры факела пламени конденсированных -систем этим методом описана в монографии [68]. [c.78]

В работе румынских физиков Критеску и Григоровичи [2188] исследуется распределение температуры внутри пламени факела. Температура определялась по распределению интенсивности среди линий линейчатой полосы молекулярного спектра, а также методом обращения спектральных линий. Разница между результатами, полученными этими методами, лежала в пределах ошибок измерений, оцениваемых в +100°. [c.657]

Приведенные уравнения дают возможность отличать тепловое излучение от других видов излучения. Прямым методом является измерение спектральной яркости В,, и поглощательной способности ( тела для данной длины волны а и вычисление из уравнений Кирхгофа и Планка температуры Г,., которую тело имело бы в том случае, если бы оно являлось тепловым излучением. Если тело является тепловым излучателем, то эта температура должна совпасть с температурой тела, измеренной каким-нибудь независимым методом. Такие измерения были сделаны Шмидтом [55] для пламени горелки Мэкера для полос двуокиси углерода при 1 = 2,7 1 и л=4,4н. Шмидт получил удовлетворительное согласие между температурами, определенными вышеуказанным способом, и температурами, измерявшимися непосредственно. В области видимого света, где возможно применение удобного и точного метода обращения спектральных линий [56,57], независимые измерения яркости и поглощательной способности не необходимы. Пламя может быть окрашено введением, например, хлористого натрия. При его испарении и диссоциации образуются атомы натрия и другие продукты. Атомы натрия могут возбуждаться и испускать желтый -дублет натрия с длинами волн л=0,5890 — 6 р.. Если поместить позади пламени черное тело и направить на пего через пламя щель спектроскопа, то при некоторой температуре черного тела яркость его в спектральной области Л-линий будет равна яркости света, проходящего в этой области через пламя, плюс яркость Л-лииий от самого пламени. Таким образом, если нет отражения света от пламени ), то должно выполняться следующее соотношение [c.355]

Дэвнд [79] сравнивал измеренные различными исследователями температуры обращения полностью окрашенных пламен с температурами сферических пламен, измеренными методом проволочки. Считая, что последние являются истинными температурами пламени и находя их обычно ниже температур обращения, он приходит к выводу, что метод обращения спектральных линий приводит к завышенным значениям температур. Принимая Ео внимание результаты, изложенные в данной главе и приведенное ранее обсуждение этого вопроса (см. примечание на стр. 349), авторы не могут согласиться с его заключением. [c.367]

Рис. 11.27. Измеренные методом обращения спектральных линий температуры пламен С2Н2—О2—N3 при атмосферном давлении в зависимости от содержания азота [14].

Рис. 11.28. Измеренные - методом обращения спектральных линий температуры пламен С2Н2—Од—N3 при 40 мм рт. ст. в зависимости от содержания азота.

Обычные методы измерения температуры (при помощи термопар, термометров сопротивления и т. д.) не могут быть применены для измерения температур быстро протекающих процессов во время горения в двигателях. Вследствие того, что масса этих приборов слишком велика, температурное равновесие не успевает устанавливаться за короткие промежутки времени. Удобный, быстрый и точный путь измерения температуры пламени состоит в применении метода обращения спектральных линий, предложенного Фэри [15]. В этом случае измерительным инструментом является атом, обычно атом натрия, который быстро приходит в тепловое равновесие с горячими газами. Метод основан на способности атома натрия поглощать лучистую или тепловую энергию, причем внешний электрон переходит на более высокий уровень. Возвращение электрона в свое нормальное положение сопровождается излучением с той же длиной волны. Так как верхний уровень натрия является дублетным, то поглощение или излучение состоит нз двух линий спектра натрия (D-дублет-ной желтой) с длинами волн а == 0,5890 — 0,5896 х. [c.173]

Метод обращения спектральных линий применялся для измерения температур пламени в двигателях [26]. Наиболее удачно этот метод был использован в работах Уитроу и Расвейлера. В камере сгорания на противоположных ее сторонах были сделаны окна, что позволяло производить наблюдения по всей длине камеры. Измерения были проделаны около точки зажигания, вблизи центра камеры сгорания и в области горения последней порции заряда, где обычно начинается детонация. Момент и продолжительность наблюдения ограничивались определенной, небольшой частью цикла, при помощи стробоскопического затвора. Так как окрашен был весь [c.177]

Измерения температуры абсолютно стационарного пла.мени методом обращения спектральных линий, проделанные для простейшего углеводорода (метана), также показали хорошее совпадение с теоретически подсчитанной температурой. Опыты были проделаны в широком интервале изменения состава смеси, причем температура измерялась в сгоревшем газе на расстоянии нескольких милли.метров от фронта пламени. В. метано-воздушных смесях температура во фронте пламени оказалась ниже теоретической и быстро уве-личивалась до своего конечного постоянного значения. В смесях с кислородом, напротив, было обнаружено, что температура во фронте пламени выше теоретической п быстро уменьшается, 10 конечного значения. Такое мгновенное увеличение кинетической энергии частиц за счет внутренней энергии горящих газов отмечается при взрывах в бомбах для некоторых смесей с избытком кис юрода [63]. Оно связано, повидимому, е иерераспределение.м энергии между степенями свободы молекулы кислорода. Опыты Кевелера и Льюиса [22] со стехиомет-рическими метано-воздушными смесями показали, что внутри светящегося фронта пламени, имеющего толщину 0,2—0,3. м. , в кинетическую энергию превращается не вся полезная энергия молекул. Некоторая часть энергии выделяется в сгоревших газах в течение промежутка времени порядка 0,001 секунды. Полосы Свана (полосы С—С) большой интенсивности, наблюдаемые во фронте пламени, внезапно исчезают в догорающих газах. Это может быть объяснено тем, что в быстро сгорающей воздушной смеси во фронте пламени достигается большая концентрация радикалов С—С, С—Н и других, которые затем требуют некоторого времени для дальнейшей реакции с кислородом, остающимся в продуктах сгорания уже в небольшом количестве. Как было указано, это время имеет порядок тысячной доли сек нды. [c.205]

Процесс горения характеризуется изменением температур по высоте и диаметру пламени. В ряде случаев требуется определение температур, усредненных по сечению и отдельным зонам пламени. Использование термопарного метода не позволяет или делает трудоемким такое определение. В этом случае более удобны радиационные методы. Большинство пламен характеризуется большими градиентами температур по сечению пламени, особенно значительно может быть охлаждена наружная область пламени (вследствие поступления избыточного воздуха) или наоборот, она может быть горячее в диффузионных пламенах, а также в пламенах богатых смесей (вследствие вторичного горения). При наличии градиента температур по сечению пламени в более холодных областях может происходить поглощение излучения данной спектральной линии, испускаемого в горячей зоне, и в спектре наблюдается явление, получившее название самообраще-ния линии. Это может привести к заниженным значениям температур, измеренных, например, методом обращения. Внешние слои пламени в основном состоят из СОг и Н2О и мало поглощают излучение при 1=589 нм. Для пламен, максимальная температура у которых наблюдается на боковой поверхности, занижение температур вследствие самообращения линий очевидно, не существенно. [c.34]

Температура в области, непосредственно примыкающей к критической зоне, измерялась [15] методом обращения спектральной Д-линии натрия.Установлено, что температура в конечной области сохраняется одной и той же. Эти измерения показали также, что температура в этой зоне изменяется в зависимости от коэффициента избытка топлива в основном потоке и от скорости его течения. В частности, температура в критической зоне быстро уменьшается, когда скорость основного потока возрастает. С другой стороны, Жукоский и Марбл [4], изучая стабилизацию пламени телами плохообтекаемой формы, установили, что температура в зоне рециркуляции сохраняется постоянной независимо от изменения скорости. На основании этого они сделали вывод, что в зоне рециркуляции горение является полным. Поскольку в нашем механизме справедливым оказывается противоположное, мы считаем, что горение в критической зоне не является полным и должно завершаться в каком-либо другом месте. В силу этого необходимы дальнейшие исследования процессов перемешивания, так как иначе нельзя будет выяснить истинную картину рассматриваемого механизма. Хотя критическая зона имеет чрезвычайно важное значение, она не является единственным определяющим фактором. Если бы это было так, то инертные газы не стабилизировали бы пламя. Поэтому мы должны учитывать процесс горения, протекающий в зоне смешения. [c.329]

Прежде чем перейти к количественному анализу измерений температуры пламен, желательно рассмотреть с экспериментальной точки зрения понятие температуры в приложении к неравновесным системам, таким, как фронт ударной волны или пламени. Имеется столько различных тем ператур, сколько существует методов их илмерепия. Так, можно говорить о вращательной температуре, определенной по изменению интенсивности испущенного излучения в зависимости от вращательного квантового числа и получить различные численные значения для каждого вида молекул, выбранного для измерения (подробнее см. в гл. 17). Можно говорить о температуре, определенной путем наблюдения обращения данной спектральной линии, например, одной из линий дублета натрия. Можно говорить [c.395]

Если такую примесь с хорошими эмиссионными линиями подобрать нельзя, измерепия температуры пламени дают среднеэффективные значепия для всего пламени. Такие же результаты получаются при обращении резонансных линий, когда изучается все окрашенное пламя [35]. Прямые измерения и приближенные расчеты показали [27], что эффективная температура, нолученная методом обрахцетгия спектральных линий для всего пламени с иеодпородныхч температурным распределением, является сложной функцией геометрии пламепи и температурных неоднородностей. [c.401]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология