第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.1 -pp11-14
January，2016
发射光谱法研究电基环已烷燃烧时激发态自由基时间历程
李有亮，何九宁，张昌华1*，李萍，李象远
1，四川大学原子与分子物理研究所，四川成都610065 2，四川大学化学工程学院，四川成都610065
发态自由基OH，CH和C2的特征光辐射，得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。反射激波温度1200～1700K，激波压力1.5atm，甲基环已烷摩尔分数0.1%，当量比1.0。在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生，自由基持续时间随着温度的升高而变短。相同温度下CH"和 0H自由基持续时间大于C：自由基，在1400K以下C2自由基发光消失。0H*和CH”自由基发光强度在T<1400K时对温度变化不敏感，而在T>1400K时CH”自由基峰值随温度快速增长，C2和0H峰值随温度增大比较平缓。将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比，实验获得的0H*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好，但在高温时有一定差异。CH自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好，在低温时机理预测结果CH”自由基持续时间要长于实验结果。实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。
关键词甲基环已烷；发射光谱；激发态自由基；时间历程
中图分类号：0657.3文献标识码：A
引言
DOI : 10. 3964 /j issn. 1000-0593 (2016 )01-0011-04
光谱不仅可以用来分析相关的燃烧特性，而且可以进行燃烧机理和反应动力学过程的研究5。目前国际上关于碳氢燃料的燃烧机理大多仅考虑基态自由基相互作用[6-7]，很少有涉
燃烧是一个复杂和剧烈的发光发热化学反应过程。对燃
烧的检测，尤其是瞬态燃烧过程的检测能深人认识燃烧的本质。光谱技术具有响应速度快、非接触测量以及高灵敏度等特点，在燃烧诊断中已得到产泛应用。国内外科研工作者基于光谱理论提出并建立了多种燃烧激光光谱诊断技术，主要包括微光透导荧光技术、拉受光谱技术、激光吸收光谱技术等，在燃烧温度场和组分浓度场等参数测量中得到广泛的应用口-3]。然而主动激光诊断技术都需要高性能的激光器设备，投资大，抗干扰能力弱，对环境要求高，同时由于光路和激光器波长的限制，此技术一般在线监测一种自由基，难以同时监测多个自由基。
发射光谱分析技术近些年发展迅速，在对瞬态燃烧的监
测和诊断方面无其引人注目。对于碳氢燃料燃烧过程， CH，OH'和C2自由基在反应过程中扮演着重要的角色[3-4]。在高温环境中，自由基被激发到其电子激发态，当从高能级向低能级跃迁时会产生相应频率的发射光谱。其发射
收稿日期：2014-10-21，修订日期：2015-01-30
基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(91016002)资助
及微发态自由基的反应机理研究，更少见与微发态自由基相关的实验验证报道。
甲基环已烷是碳氢燃料中的典型物种。本实验采用三套单色仪探测系统，诊断其在激波冲击下的瞬态燃烧过程，在线检测激发态自由基CH"，OH"和C2三种自由基发光强度和持续时间随温度的变化。实验测得的激发态自由基发射光谱不仅能从微观上认识甲基环已烷的燃烧过程，还可为验
证其燃烧反应激发态动力学机理提供实验依据 1实验部分
碳氢燃料在高温反射激波作用下的燃烧火焰发射光谱测
量系统如图1所示。该系统由三套单色仪、三不光电借增管(PMT）、二个四通道示波器、四个压力传感器和透紫外石英光纤组成。产生高温反射激波的激波管系统文献8中有详细描述。激波管能提供特定点火温度和点火压力，实验时通
作者简介：李有亮，1990年生，四川大学原子与分子物理研究所硕士研究生
*通讯联系人e-mail：zhangchanghua scu.edu.cn
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