close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Определение термодинамических характеристик неоднородных газовых сред оптическими методами.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Каширский Данила Евгеньевич
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
НЕОДНОРОДНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕД ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
01.04.05 – Оптика
Автореферат диссертации на соискание учёной степени
кандидата физико-математических наук
Томск – 2014
Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский
Томский государственный университет» на кафедре квантовой электроники и
фотоники.
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук, профессор
Войцеховская Ольга Кузьминична
Официальные оппоненты:
Петрова Татьяна Михайловна, доктор физико-математических наук, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук, лаборатория молекулярной спектроскопии, ведущий научный сотрудник
Орловский Виктор Михайлович, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, федеральное государственное бюджетное учреждение
науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской
академии наук, лаборатория оптических излучений, ведущий научный сотрудник
Ведущая организация:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Защита состоится 06 ноября 2014 г., в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.04, созданного на базе федерального государственного
автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» по адресу:
634050, г. Томск, пр. Ленина 36, ауд. 119.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на официальном
сайте федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» www.tsu.ru.
Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте ТГУ:
http://www.tsu.ru/content/news/announcement_of_the_dissertation_in_the_tsu.php
Автореферат разослан «___» сентября 2014 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Пойзнер Борис Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Источниками высокотемпературных
газовых сред являются объекты природного (вулканы, гейзеры) и антропогенного
происхождения (двигатели авиа и ракетно-космической техники, турбины ТЭЦ,
металлургические заводы и т.д.), знание свойств которых необходимо для решения экологических задач и предотвращения чрезвычайных ситуаций. Для таких
сред характерны значительные диапазоны изменения температуры и концентраций газовых компонентов, приводящие к широким интервалам изменения величины оптической толщины в неоднородной среде.
В газовых средах имеют место процессы молекулярного поглощения, рассеяния и переизлучения. Интенсивность излучения в таких средах в конкретной
пространственной точке описывается уравнением переноса. Решение этого уравнения в общем виде известно, однако обратная задача по определению характеристик ядер этого уравнения требует разработки соответствующего математического
аппарата. Существующие в настоящее время математические методы обработки
данных по спектральным характеристикам не позволяют определить концентрационные поля компонентов таких сред, поскольку экспоненциальные зависимости
пропускания и поглощения, определяемые законом Бугера, не информативны в
случаях оптически тонких или плотных сред. Вместе с тем разнообразие в спектральных распределениях коэффициентов поглощения, функций пропускания и
излучательной способности газов позволяет предлагать их использование для анализа изучаемых газовых сред.
Имеющиеся в настоящий момент способы обращения данных позволяют определять либо концентрацию компонентов газовой среды либо ее температуру.
Существующие методики также имеют привязку к конкретному типу метода измерения (пассивному или активному) и измерительной аппаратуре.
Поэтому наиболее актуальной является разработка математического аппарата решения обратной задачи оптики газовых сред – одновременного определения
пространственных распределений температуры и концентраций газовых компонентов в смеси из измерений собственного или зондирующего излучения – для
дистанционного анализа термодинамически неоднородных газовых сред c значительными градиентами температуры и парциальных давлений составляющих,
включая наземный и космический мониторинг атмосферы и возмущающих ее
процессов (лесные пожары, выбросы промышленных предприятий и двигателей и
т.д.). При этом он должен быть ориентирован как на пассивный способ исследования газовой смеси, когда регистрируется собственное излучение газового объема,
так и на активный способ, при котором регистрируется прошедшее через исследуемый объект излучение от какого-либо дополнительного источника (в основном
лазера) при комплексном учете характеристик триады – «источник-средаприемник» при выборе наиболее эффективного алгоритма диагностики исследуемого объекта (высокотемпературного газового объема). Требуется разработать
общую схему, приводящую к аргументированному численному ответу о температуре и концентрации каждой составляющей рассматриваемого газового облака, с
учетом теоретически обоснованных пределов в задаче дистанционной диагностики излучающего объекта.
3
Ориентация исследования на оба дистанционных метода (активный и пассивный) приводит к разделению работы на три части. Первая заключается в построении физико-математических моделей описания спектральных характеристик
нагретых газовых сред. Вторая состоит в изучении влияния внешних параметров
лазерного излучения (центра и спектральной ширины линии) на результат взаимодействия с рассматриваемой средой. Третья посвящена конкретному решению задачи по определению термодинамических характеристик сред.
Цели и задачи диссертационной работы. Целью работы является разработка методики дистанционного определения термодинамических параметров
(температуры и парциальных давлений компонентов) неоднородной газовой среды
по измеренным спектральным характеристикам излучения или поглощения.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Предложить физико-математическую модель распространения излучения
в газово-аэрозольной среде.
2. Разработать алгоритмы и многофункциональное программное обеспечение (ПО), реализующие точные расчеты коэффициентов и функций поглощения,
пропускания и излучательной способности газово-аэрозольных сред.
3. Проанализировать влияние на результаты моделирования спектрального
центра и ширины лазерной линии излучения.
4. Предложить методику для определения численных значений температуры
и парциальных давлений компонентов нагретой неоднородной газовой среды из
данных измерений ее спектральной зависимости излучения или поглощения.
Методы исследования. Физико-математическая модель распространения
излучения в газово-аэрозольной среде основана на первых физических принципах
(законе Ламберта-Бугера-Бера и теории Ми) и использовании метода прямого расчета (line-by-line).
Разработка программного обеспечения, реализующего расчеты спектральных характеристик газово-аэрозольных сред, расчеты энергий и центров колебательно-вращательных переходов гетероядерных двухатомных молекул, а также
решение обратной задачи оптики газовых сред, производится в среде разработки
ПО Microsoft Visual Studio 2012 на языке программирования C#.
При выполнении работы, носящей мультидисциплинарный характер, применялись спектроскопические и математические методы изучения состава газовоаэрозольных сред, включая нелинейный метод наименьших квадратов, математической статистики, линейной алгебры, а также информационные технологии и
программирование.
Положения, выносимые на защиту:
I. Использование набора энергий уровней EVJ для двухатомной гетероядерной молекулы угарного газа, рассчитанных для всех значений колебательного
квантового числа V ≤ 20 и вращательного квантового числа J ≤ 60 по стандартной
2
3
формуле EVJ = GV + BV J ( J + 1) − DV J 2 ( J + 1) + H V J 3 ( J + 1) + ... , где GV – энергия
колебательного уровня, BV , DV , H V – эффективные вращательная и
центробежные константы, для определения констант Данхема Ykl в формуле
4
k
1

E
= ∑Ykl  V +  [ J ( J + 1)]l с максимальными значениями k = 4 и l = 3, пред2

k ,l
сказывает значения центров линий генерации СО-лазера νДанхем для переходов с
20 < V < 40 .
II. Измерение ослабления интенсивности лазерного излучения с центром ν и
шириной ∆ν , прошедшего через газовый объем при фиксированных значениях
давления Р и температуры θ, при условии ν − ν газ ≤ 2 ∆ν газ , где ν газ , ∆νгаз – центр и
Данхем
VJ
ширина спектральной линии поглощения газа, и использование полиномиальной
зависимости ∆ν от функции пропускания T вида: ∆ν = ∑ aiT i , где ai – коэффициi
енты, найденные методом наименьших квадратов по набору значений обратной
A(ν, ∆ν ) exp [ − f (θ, P, ν, L ) ] d ν
зависимости T ( ∆ν ) = ∫
, где A(ν, ∆ν) – контур линии
A
ν
∆ν
d
ν
(
,
)
∫
генерации, f (θ, P, ν, L) – оптическая толщина газового объема, дает значение
спектральной ширины лазерной линии ∆ν .
III.1 Функции пропускания (излучения) F температурно- и концентрационно- пространственно неоднородных газовых смесей в выбранных спектральных
интервалах ν1 , ν2 , … , νn в диапазоне температур θ = 300–2500 К и парциальных
давлений ρ = 1,013·10-2–1,013·102 кПа аппроксимируются степенным полиномом
вида F = ∑∑ aij ρi θ j , где aij – коэффициенты, определяемые для одного из компоi
j
нентов смеси методом наименьших квадратов по результатам расчетов спектральных характеристик по методике line-by-line с учетом спектрального контура и ширины лазерной линии, параметров и контура спектральных линий поглощения
анализируемого газового компонента среды, а также спектральной характеристики
и обнаружительной способности фотоприемника.
III.2 Численное решение системы уравнений F1 = F1эксп , F2 = F2эксп , … ,
Fn = Fnэксп , где Fi – функция пропускания (излучения), соответствующая i -му спектральному интервалу ν i , Fi эксп – экспериментальное значение для i -го спектрального интервала, дает искомые значения температуры θ и парциального давления ρ .
Достоверность научных положений и других результатов. Достоверность
положения I подтверждается согласием рассчитанных значений энергий некоторых
колебательно-вращательных (КВ) уровней молекулы СО и центров линий генерации
СО-лазера с их значениями из других работ. Расхождение сo значениями энергий
уровней из [1*, 2*] для V < 20 и J < 20 не превышают 0,02 см-1. Отличие от значений
центров линий излучения лазера из [1*, 2*, 3*], а также полученными данными из
интерпретации эксперимента [4*] не превышает 0,02 см-1. Для перехода
V '' = 35 → V ' = 33 различие предсказанных значений центров с данными [5*, 6*] и
данными, полученными из интерпретации эксперимента [7*], составляет менее 1 см-1.
Обоснованность положений II и III опирается на тестирование предложенных методик по замкнутой схеме: предварительные результаты расчетов спектральных характеристик по прямой задаче служат исходными данными в обратной
5
задаче, и оценка справедливости предложенных методик гарантируется сравнением входных данных прямой задачи с данными, найденными из решения обратной.
Например, при определении спектральной ширины ∆ν линий излучения
СО-лазера 17P(14) и 17P(20) по предложенной методике (положение II) с использованием в качестве газа водяного пара расхождение между исходными и найденными значениями ∆ν составляет не более 3,5%. А в случае использования квазимонохроматического излучения двух линий генерации СО-лазера 7P(20) и 8P(26)
для определения термодинамических параметров водяного пара расхождение между исходными значениями температуры θ и парциального давления ρH2O и найденными по предложенной методике (положение III) составляет не более 0,16% и
0,57% соответственно.
Достоверность положения III также подтверждается апробацией предложенной методики на интерпретации реального эксперимента по измерению оптических характеристик факела, полученного в результате сжигания этилового спирта,
находящегося в неподвижной емкости, помещенной над крыльчаткой, воздушный
поток от которой ускорял течение нагретых газов. Найденные по предложенной
методике значения температуры факела не противоречат данным показаний термопар. Например, в случае проведения измерений на высоте h = 5 см от емкости и
частоте вращения крыльчатки ω = 8 Гц определенное значение средней температуры составило 1097 K, а измеренные значения температуры лежат в пределах
(1098±60) К. Расхождение между значениями функции пропускания, измеренными и рассчитанными с использованием найденных значений температуры и парциальных давлений горячих газов H2O и CO2 в факеле, на длинах волн, использованных для решения обратной задачи, составило менее 3,5%.
Научная новизна. Новизна положения I обусловлена использованием набора
энергий EVJ колебательно-вращательных уровней молекулы CO, рассчитанных для
всех значений колебательного квантового числа V ≤ 20 и вращательного квантово2
3
го числа J ≤ 60 по формуле EVJ = GV + BV J ( J + 1) − DV J 2 ( J + 1) + H V J 3 ( J + 1) + ... ,
где GV – энергия колебательного уровня, BV , DV , H V – эффективные вращательная
и центробежные константы, для определения констант Данхема Ykl , вместо
ограниченного из-за отсутствия данных для уровней со значениями J > 30 массива
экспериментальных значений энергий колебательно-вращательных уровней.
Положение II формулирует методику определения спектральной ширины
лазерной линии излучения, отличающуюся от гетеродинных и интерферометрических измерений использованием зависимости ширины лазерной линии от функции
пропускания лазерного излучения газовым объемом.
Новизна положения III обусловлена оригинальностью описания зависимости
спектральных характеристик пропускания (излучения) компонента газовых сред
от парциального давления ρ и температуры θ полиномом вида F = ∑∑ aij ρi θ j . В
i
j
этом контексте предложена методика определения численных значений термодинамических параметров газовой среды.
Разработанное ПО «TRAVA» отличается от известного ПО, например от
ПО [8*], учетом параметров триады «источник-среда-приемник» (спектральный
6
контур и ширины лазерной линии, параметры и контур спектральных линий поглощения анализируемого газового компонента среды, характеристики аэрозольных сферических частиц, спектральная характеристика и обнаружительная способность фотоприемника), расширенными функциональными возможностями (использование различных баз данных параметров спектральных линий поглощения
молекул, формирование произвольных неоднородных газово-аэрозольных сред в
виде набора однородных слоев, в частности атмосферы Земли, расчет регистрируемой приемным устройством величины излучения нагретого газового объема,
ослабленного при прохождении через газово-аэрозольную среду) и реализацией
прямой методики расчетов спектральных характеристик газовых сред с применением распараллеленных вычислительных алгоритмов.
Научная ценность. Согласно положению I, для двухатомных гетероядерных молекул применение полного набора значений энергий КВ уровней (для всех
значений колебательного квантового числа V ≤ 20 и вращательного квантового
числа J ≤ 60 ), как исходной информации при определении констант Данхема,
улучшает экстраполяционные свойства формулы Данхема.
Положение III обладает высоким уровнем обобщения, так как справедливо
для любого молекулярного газа, а полином вида F = ∑∑ aij ρi θ j указывает связь
i
j
спектральных характеристик пропускания / излучения компонента газовой среды с
ее температурой θ и его парциальным давлением ρ .
Практическая значимость. Положение I дает возможность повысить точность значений предсказанных энергий уровней молекулы СО и центров линий генерации СО-лазера для высоковозбужденных КВ состояний при использовании
формулы Данхема. Например, для колебательных уровней энергий с V в диапазоне
17–22, среднее отклонение от экспериментальных значений [9*] составляет 0,17 см-1,
в то время как для работы [10*] это отклонение равно 2 см-1. Предложенный подход может быть использован для расчета энергий уровней и центров линий двухатомных гетероядерных молекул, таких как HF, HBr, HCl и др.
Изложенная в Положении II методика обладает относительной простотой и
экономической эффективностью, так как затраты на используемое оборудование
несоизмеримы по сравнению с затратами, например при интерферометрических и
гетеродинных методах. Она позволяет определить спектральную ширину ∆ν лазерной линии излучения, влияние которой на величину измеряемой функции
пропускания обычно не учитывается в экспериментах, что позволяет повысить
точность обработки результатов измерений. Например, на линии 9R(30) CO2 лазера (1084,6352 см-1) при ее ширине ∆ν = 0,15 см-1 коэффициент поглощения
NH3 kν = 4,3·10-4 см-1Па-1, а при ∆ν = 0,025 см-1 kν = 6,8·10-4 см-1Па-1, что приводит
к расхождению значений определяемых концентраций в 1,5 раза.
Изложенная в положении III методика обеспечивает одновременное определение in situ температуры и парциальных давлений компонентов газовых сред и
применима как для пассивных, так и активных дистанционных методов для широкополосных и квазимонохроматических спектральных интервалов. Ее математический аппарат позволяет добиваться погрешностей определения термодинамических параметров газовых сред не более 1% в случае квазимонохроматических
7
спектральных участков, а в случае широкополосных спектральных интервалов –
не более 10%. Аналогичные универсальные методики в литературе не описаны.
Созданное программное обеспечение «TRAVA» является надежной основой
для проведения моделирования в задачах дистанционного зондирования газовых
сред и формулировки требований к характеристикам существующих или вновь
разрабатываемых приемных устройств.
Внедрение результатов работы и рекомендации по их использованию.
Полученные результаты были использованы при выполнении научноисследовательских работ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на
2007–2013 годы» (государственный контракт № 14.514.11.4050), ФЦП «Научные и
научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (аспирантский проект, соглашение № 14.132.21.1586) и проекта РФФИ (№ 13-07-98027).
Разработанное программное обеспечение использовалось на кафедре квантовой электроники и фотоники Томского государственного университета в учебном процессе при выполнении пяти курсовых работ, трех бакалаврских работ и
трех магистерских диссертаций и продолжается его использование при выполнении НИПС студентов.
Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, использованы Томским государственным университетом, Томским политехническим университетом, Институтом оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН, что подтверждается совместными публикациями, а также могут использоваться организациями,
проводящими научно-исследовательские работы по тематике данной диссертации.
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы обсуждались на двух всероссийских симпозиумах с привлечением иностранных ученых «Контроль окружающей среды и климата» (Томск, 2010 и 2012), двух всероссийских конференциях с участием зарубежных ученых «Математическое и физическое моделирование опасных природных явлений и техногенных катастроф»
(Томск, 2010 и 2012), двух международных симпозиумах «Оптика атмосферы и
океана. Физика атмосферы» (Томск, 2011; Новосибирск, 2014), международной
конференции «Atomic and Molecular Pulsed Lasers» (Томск, 2011), международной
научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»
(Новосибирск, 2012), трех международных научно-практических конференциях
«Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2010, 2012 и 2013).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 25 печатных работах, среди которых 15 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях,
рекомендованных в действующем перечне ВАК (из них 6 статей в журналах,
включенных в библиографические базы Web of Science и Scopus), 9 публикаций в
материалах международных, всероссийских и научно-практических конференциях
и симпозиумах и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Личное участие автора. Результаты диссертационной работы были получены автором лично или в ходе совместной работы автора с научным руководителем
и другими соавторами (см. список публикаций в конце автореферата). При проведении расчетов спектральных характеристик высокотемпературных газовых сред
использовались базы данных параметров спектральных линий поглощения H2O,
SO2 и H2S, сформированные при участии О. В. Егорова. В диссертационной работе
8
использовались данные эксперимента, проведенного в федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева
Сибирского отделения Российской академии наук Р. Ш. Цвыком, В. М. Сазанович
и М. В. Шерстобитовым. При определяющем участии автора были сформулированы модели изучаемых в данной диссертации физических процессов, самостоятельно реализованы алгоритмы и программное обеспечение, и проведено численное моделирование. Автор принимал участие в постановке задач, обсуждении полученных результатов и их сопоставлении с экспериментальными данными, также
в подготовке и представлении статей и докладов.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, 1 приложения и списка литературы. Материал изложен
на 147 страницах, содержит 62 рисунка, 29 таблиц и библиографический список из
196 наименований.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении содержится описание области научных исследований, к которой относится данная работа. Обоснована актуальность выбранного направления
исследования, сформулированы цель и задачи исследования, основные положения,
выносимые на защиту, представлено краткое содержание диссертации.
Первая глава посвящена краткому обзору литературы, отражающему современное состояние проблем, касающихся темы исследования.
Вторая глава посвящена описанию физико-математической модели распространения излучения в газово-аэрозольных средах, учитывающей параметры и характеристики источника излучения (центр,
форма контура, спектральная ширина линии генерации лазера и др.), среды распространения
Источник
излучения (молекулярное и аэрозольное ослабление) и приемного устройства (спектральная r = r
0
характеристика, обнаружительная способность),
I (r1,ν ) = I0 (r0 ,ν )T1(ν ) + I1(ν )
r = r1
а также ее программной реализации.
I (r2 ,ν ) = I (r1,ν )T2 (ν ) + I2 (ν )
Для выполнения численного моделироваr
=
r
2
ния переноса радиации в неоднородных газовоi
аэрозольных средах была выбрана их стратифиi
цированная модель, суть которой состоит в апi
проксимации неоднородного пространства дис- r = rM −1
кретным набором однородных слоев, в каждом
I (rM ,ν ) = I (rM −1,ν )TM (ν ) + IM (ν )
из которых выполняется условие локального r = rM
термодинамического равновесия (рисунок 1).
Приемник
Выражение для спектральной интенсивI (ν ) = I (rM ,ν ) A(ν 0 ,ν )
ности излучения, зафиксированного приемным
Рисунок 1 – Модель переноса
устройством на частоте ν 0 , в рамках рассматрилучистой энергии
ваемой модели имеет следующий вид
+∞
I (ν 0 ) = ∫
−∞
{([ I0 (ν)T1(ν) + I1(ν)]T2 (ν) + ...)TM (ν) + I M (ν)}A(ν0 , ν)d ν ,
9
где I0 (ν) – интенсивность излучения источника, Ti (ν) и Ii (ν) – соответственно
функция пропускания и интенсивность собственного излучения i-го слоя
( i = 1..M ), A(ν 0 , ν) – аппаратная функция приемника.
Спектральная интенсивность излучения i-го слоя определяется выражением
Ii (ν) = L(ν,T )εi (ν) ,
где L(ν,T ) – формула Планка, εi (ν) = 1 − Ti (ν) – излучательная способность слоя
(функция поглощения). Функция пропускания определяется следующим соотношением
Ti (ν) = e τmol +τaer ,
где τ mol = ( α sel (ν , T , P ) + α cont (ν , T , P ) ) l – оптическая толща, обусловленная молекулярным поглощением; τaer = α aer (ν)l – оптическая толща, обусловленная аэрозольным ослаблением; α sel (ν,T , P) , α cont (ν, T , P) , αaer (ν) – коэффициент селективного, континуального и аэрозольного ослабления газово-аэрозольной смеси соответственно; T и P – температура и давление среды; l – длина пути, проходимого
излучением в слое.
Вычисление коэффициента селективного поглощения осуществляется наиболее точным line-by-line методом, согласно которому производится суммирование
вкладов отдельных спектральных линий поглощения газовых составляющих среды.
Для расчета континуального поглощения водяного пара в области (8-12) мкм используется полуэмпирическая формула, приведенная в [11*]. Расчет аэрозольного
ослабления осуществляется для случая сферических частиц согласно теории Г. Ми.
На основе выше изложенной модели были реализованы вычислительные алгоритмы, которые легли в основу созданного в среде разработки Microsoft Visual
Studio Professional 2012 на языке программирования высокого уровня C# многофункционального программного обеспечения «TRAVA», обладающего дружественным пользователю графическим интерфейсом, реализованным на языке декларативного описания XALM. Программа адаптирована под современные многоядерные процессоры персональных компьютеров путем распараллеливания вычислительных алгоритмов.
Программное обеспечение «TRAVA» позволяет моделировать процессы переноса излучения в однородных и неоднородных газово-аэрозольных средах, формировать для различных значений температуры и давления базы данных параметров спектральных линий поглощения молекул и проводить расчеты различных
спектральных характеристик газово-аэрозольных сред: коэффициентов поглощения газов, коэффициентов аэрозольного ослабления, оптических толщ, функций
пропускания и поглощения; энергетической яркости.
Третья глава посвящена рассмотрению роли внешних параметров лазерного излучения: спектральных центров и ширин лазерных линий.
В разделе 3.1 рассматривается вопрос определения прецизионных значений
центров линий излучения лазеров на двухатомных молекулах в ИК диапазоне на
примере СО-лазера. Для этого был произведен расчет энергетического спектра
молекулы СО по известной формуле Данхема
10
k
l
1

(1)
EVj = ∑ Ykl  V +   J ( J + 1)  ,
2

k ,l
где Ykl – коэффициенты Данхема, V и J – колебательное и вращательное квантовые
числа. Особенностью подхода является то, что исходные значения энергии, необходимые для нахождения Ykl, рассчитывались по формуле
EVJ = GV + BV J ( J + 1) − DV J 2 ( J + 1) + H V J 3 ( J + 1) + …
2
3
(2)
где GV – энергия колебательного уровня, BV , DV , H V – эффективные вращательная
и центробежные константы, значения которых взяты из работ [1*, 2*]. Преимуществом такого подхода является обработка полного набора уровней до максимальных значений колебательных и вращательных чисел, указанных авторами [1*, 2*],
хотя риск увеличения погрешности определяемых констант Данхэма возрастает за
счет погрешности определения эффективных постоянных. Но авторы [1*] указывают точность восстановления экспериментальных значений уровней по формуле
(2) не ниже 0,02 см–1.
Для нахождения коэффициентов Данхема для различных электронных состояний двухатомных молекул методом фитинга, расчета энергий КВ уровней и
центров линий, а также проведения статистического анализа была написана программа «ДАНХЕМ». Константы Данхема вычисляются путем решения системы
уравнений
(3)
AX = B ,
где В – вектор-столбец свободных членов формируется из значений КВ энергий,
рассчитанных по формуле (2), а вектор-столбец X состоит из неизвестных Ykl.
k
l
1

Матрица А состоит из элементов  V +   J ( J + 1)  . Неизвестные находятся по
2

(
формуле X = AT A
)
−1
AT B .
Показано, что вариации в значениях k и l не приводят к серьезным отличиям
в восстановлении данных, но в то же время достигаются значительные расхождения в предсказанных значениях энергий уровней. Очевидно, повышение степени
полинома приводит к увеличению чисел обусловленности матриц, что ведет к развитию неустойчивости решения (3) и росту расходимости ряда.
Анализ точности восстановления исходных значений энергий КВ уровней
по набору найденных значений коэффициентов показал, что 80% общего числа
уровней восстанавливаются с полученными значениями констант с точностью в
пределах погрешности эксперимента (0,02 см-1). Интервалу отклонений более 0,02
см-1 соответствуют значения переходов с высоковозбужденных состояний (J > 40),
однако, экспериментальные данные для таких уровней в [1*] определены с погрешностью, превышающей указанную авторами.
В таблице 1 приведены статистические данные определения центров линий
СО-лазера. Интересно отметить что данные [2*] были получены из полос с разностью колебательных квантовых чисел ∆V = 1, а данные [1*] из полос с ∆V = 2, что
немедленно отражается на значениях среднеквадратического отклонения ∆ СКО :
для полосы с ∆V = 1 ∆ СКО меньше у [2*], для полосы с ∆V = 2 ∆ СКО меньше у [1*].
В целом ∆ СКО показывает высокую степень достоверности данных.
11
Таблица 1 – Статистические данные определения центров линий СО-лазера
Работа
∆V
∆ СКО
1
2
1
2
0,0208
0,0112
0,0096
0,0162
[1*]
[2*]
Процентная доля восстановленных центров с ошибкой в интервале
10-6-10-5
10-5-10-4
10-4-10-3
10-3-10-2
10-2-10-1
10-1-100
0,00
0,64
1,76
80,29
15,86
1,44
0,17
1,70
23,93
60,17
13,85
0,17
0,48
2,08
21,47
66,03
9,94
0,00
0,00
3,08
16,41
60,51
19,32
0,68
Основной вопрос заключается в выборе критериев достоверности значений
энергий КВ уровней угарного газа. На наш взгляд наиболее адекватный ответ
можно ожидать из анализа экспериментальных значений ослабления излучения
СО-лазера газовыми средами с различными термодинамическими условиями в
сравнении с расчетными значениями.
Сравнение рассчитанных по предложенной методике центров линий генерации СО-лазера с экспериментальными данными [9*] и найденными из интерпретации эксперимента [4*] центрами линий показывает расхождение в их значениях,
не превышающее 0,02 см-1.
Отметим, что число публикаций, в которых описаны реальные эксперименты по воздействию излучения СО-лазера на различные среды достаточно велико,
но недостаток информации по условиям эксперимента создает трудности в его интерпретации.
В разделе 3.2 проведен анализ влияния спектральной ширины линии излучения лазера на измеряемые коэффициенты поглощения и функции пропускания
(ФП) газов. Показано, что величина ширины линии излучения оказывает сильное
влияние на измеряемые величины.
Предложен простой способ определения спектральной ширины лазерной
линии, который предполагает использование кюветы с калиброванным объемом
газа (фиксированные концентрация и температура) для определения спектральной
ширины лазерной линии по измеренной функции пропускания излучения лазера
на основе ранее рассчитанной теоретической зависимости ФП от спектральной
ширины линии излучения лазера.
Предлагаемый подход рассматривался на конкретном примере по оценке
влияния ширины излучения СО-лазера на поглощение водяным паром. Из двух
массивов данных по центрам линий излучения лазера и параметрам спектральных
линий водяного пара, простым сравнением найдены лазерные линии 17P(15) и
17P(22) с центрами, близкими с центрами КВ переходов водяного пара. Используя
ПО «TRAVA», вычислены значения функции пропускания H2O для различных
значений ширины линии лазера при фиксированных значениях температуры и
парциального давления газа. Для линии излучения лазера использовался гауссовский контур, для линии поглощения – Фойхта. Далее были получены обратные за3
висимости вида y = ∑ ai xi , где x – функция пропускания, y – ширина лазерной
i =0
-1
линии (см ), позволяющие определить спектральную ширину рассматриваемых
лазерных линий в интервале 0,0004–0,002 см-1, с ошибкой не превышающей 3,5%.
Предлагаемый метод работоспособен при высокоточных значениях коэффициентов поглощения. Причем термодинамические условия в кювете должны быть
12
постоянными, поскольку параметры зависимости находятся для конкретной температуры и концентрации газа.
В четвертой главе рассматривается предложенная методика одновременного определения температуры θ и парциальных давлений ρ составляющих газовых
сред со значительным градиентом искомых параметров, а также несколько вариантов ее реализации.
В подразделе 4.1 приводится описание методики определения θ и ρ. Суть
методики заключается в определении параметров среды из измеряемой функции
пропускания (собственного излучения) по заранее рассчитанной теоретической
зависимости функции пропускания (собственного излучения) от температуры θ и
парциального давления газа ρ.
Процедуру получения пригодных для решения обратной задачи (определения
θ и ρ) теоретических зависимостей функции пропускания или излучения F от температуры и парциального давления можно условно разделить на следующие этапы.
Первый этап состоит в выборе подходящих спектральных участков, оценке
диапазонов изменения температуры и парциального давления рассматриваемого
компонента газовой смеси и расчете зависимостей спектральных характеристик
пропускания или излучения среды от θ и ρ с учетом параметров и характеристик
экспериментального оборудования.
Второй шаг состоит в получении относительно простой аналитической формулы, описывающей рассчитанные спектральные характеристики. С одной стороны, формула должна позволять аппроксимировать зависимости F от температуры
и парциального давления газа различного вида и наиболее точно восстанавливать
исходные значения во всем рассматриваемом интервале значений температуры и
парциального давления. С другой стороны, формула должна обеспечивать возможность решения обратной задачи по определению параметров среды. Наилучшим образом зарекомендовали себя полиномы следующего вида
N  M

(5)
T ( ρ, θ ) = ∑  ∑ aij ρ j  θi .
i =0  j =0

Последний этап заключается в оценке ошибок нахождения термодинамических параметров газовой среды. Процедура определения температуры и парциального давления сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ) следующего вида
 F1 (ρ, θ) = F1эксп

эксп
 F2 (ρ, θ) = F1
,

⋮

 F (ρ, θ) = F эксп
n
 n
где F1 (ρ, θ) , F2 (ρ, θ) , …, Fn (ρ, θ) – полиномы вида (5) для n спектральных участков, F1эксп , F2эксп , …, Fnэксп – экспериментальные значения функции пропускания
или излучения газовой среды.
Расчеты проводились по замкнутой схеме, т.е. рассчитанные значения ФП с
заданными значениями температуры и парциального давления служили входными
данными для системы уравнений (5). Такой подход дает возможность проводить
13
анализ достоверности решения обратной задачи сравнением исходных и найденных значений.
Таким образом, проведя измерения функции пропускания или излучения газовой среды в нескольких спектральных участках и воспользовавшись полученными аппроксимационными соотношениями, определяются искомые термодинамические характеристики исследуемой газовой смеси.
В подразделе 4.2 рассмотрена реализация предлагаемой методики для определения параметров нагретого водяного пара по ослаблению излучения СО-лазера.
Для линий генерации СО-лазера в широком диапазоне температуры (от 400 K
до 1600 K с шагом 100 K) и парциального давления H2O (от 2,53 кПа до 20,27 кПа с
шагом 2,53 кПа) был произведен расчет значений функции пропускания водяного
пара. Проанализировав полученные данные, было найдено несколько подходящих
линий линии генерации СО-лазера (например: 7Р(20), 7Р(27), 8Р(26), 9Р(20)), на
которых наблюдается отчетливая зависимость функции пропускания от температуры и парциального давления (рисунок 2).
Проанализировано влияние молекулярной и аэрозольной составляющей атмосферы, а также спектральной ширины линий генерации лазера на величину
функции пропускания.
Проведена аппроксимация полученных зависимостей полиномом (5). Показано,
что наилучшим восстановлением обладают полиномы пятой степени, для которых
ошибка описания зависимостей функции пропускания от ρ и θ не превысила 1%.
Показано, что предложенный математический аппарат позволяет определить
температуру и парциальное давление водяного пара в интервалах 700–1500 К и
2,533·103–2,027·104 Па соответственно с ошибкой менее 1%.
Рисунок 2 – Температурные зависимости функции пропускания на линии: а – 7Р(20), б –
8Р(26). Парциальное давление H2O: 1 – 2,533·103 Па, 2 – 5,066·103 Па, 3 – 7,599·103 Па,
4 – 1,013·103 Па, 5 – 1,267·104 Па, 6 – 1,520·104 Па, 7 –1,773·104 Па, 8 – 2,027·104 Па
В подразделе 4.3 приведена реализация методики для определения термодинамических параметров оксидов углерода и азота из измерений их собственного
широкополосного излучения.
Показано, что в интервале температуры 900–2200 K и парциального давления от 506 Па до 101,3 кПа в случае CO максимальная ошибка определения температуры составила 1,73%, а парциального давления – 9,32%. В случае NO для тех
14
же значений парциального давления, но интервала температуры 700–2200 K максимальная ошибка определения θ – 1,72%, ρ – 8,22%.
В подразделе 4.4 рассмотрена апробация методики на интерпретации эксперимента по сжиганию этанола в условиях приземного слоя атмосферы, проведенного в
Институте оптики атмосферы Сибирского отделения Российской академии наук, для
определения температуры и парциального давления горячих газов (H2O и CO2).
Применение сжигания спирта позволяет свести к минимуму количество
продуктов горения. Горючее (20 мл этанола) наливалось в неподвижную емкость,
находящуюся над крыльчаткой, воздушный поток от которой придавал пламени
веретенообразную форму и ускорял течение нагретых газов – продуктов сгорания
этанола – H2O, CO2 и CO. В качестве источника оптического излучения использовалась модель абсолютно черного тела (АЧТ) с фиксированной температурой,
θАЧТ = 1373 K. Прошедшее через факел излучение АЧТ попадало в спектрографмонохроматор MS2001i (рисунок 3).
Рисунок 3 – Конфигурация элементов экспериментального стенда для измерения
спектра пропускания факела. 1 – АЧТ, 2 – ёмкость, 3 – крыльчатка, 4 – электродвигатель, 5 – ИК объектив, 6 – щель, 7 – спектрограф-монохроматор MS2001i, 8 –
спектральный измерительный модуль. Размеры указаны в мм.
Спектры факела измерялись в областях 2,7 мкм и 4,3 мкм на трех различных
высотах над емкостью с горючим (5 см, 15 см, 25 см) для трех значений частоты
вращения крыльчатки ω (8 Гц, 12 Гц и 16 Гц).
Аппроксимация функции пропускания H2O полиномом (5) проведена по
массиву значений функции пропускания, рассчитанных в диапазоне температур
800–1400 K с шагом 25 K и парциальных давлений ρH2O в диапазоне 6,079·103–
2,634·104 Па с шагом 2,026·103 Па. В качестве рабочих спектральных интервалов
для детектирования температуры и парциального давления выбраны участки с
центрами 3501,49265 см-1, 3504,44202 см-1 и 3523,38780 см-1. Расчеты функции
пропускания CO2 проводились для θ = 800–1400 K с шагом 20 K и для диапазона
парциального давления ρCO2 3,040·103 –1,824·103 Па c шагом 1,013·103 Па. В качестве исследуемых спектральных центров CO2 были выбраны следующие –
2240,30087 см-1, 2243,06001 см-1 и 2244,76985 см-1. Относительные отклонения исходных теоретических значений функции пропускания от рассчитанных по полиному (5) не превысили 1%.
Результаты решения обратной задачи для различных высот измерения ФП и
скоростей вращения крыльчатки приведены в таблице 2.
15
Из данных таблицы 2 следует, что θH2O и θCO2 близки между собой по величине и попадают в интервалы показаний термопар (рисунок 4).
Таблица 2 – Термодинамические параметры пламени, определенные посредством решения системы нелинейных уравнений на основе экспериментальных значений функции
пропускания
Высота,
см
5
15
25
ω,
Гц
2,7 мкм
( θH2O + θCO2 )/2,
4,3 мкм
θH2O , K
ρH2O , кПа
θCO 2 , K
ρCO2 , кПа
K
8
1104
0,11322
1090
0,08261
1097
12
1149
0,16187
1173
0,07896
1161
16
1193
0,22714
1210
0,05382
1201,5
8
1039
0,14174
1076
0,10503
1057,5
12
1151
0,11748
1151
0,05363
1151
16
1265
0,14237
1221
0,05404
1243
8
997
0,07889
1009
0,17797
1003
12
1144
0,11134
1198
0,06451
1171
16
1330
0,15936
1340
0,03861
1335
а
б
в
Рисунок 4 – Результаты измерения температуры факела термопарами за время горения топлива на различных высотах и частоте вращения крыльчатки: a – 8 Гц, б – 12 Гц, в – 16 Гц
16
На рисунке 5 в качестве примера представлены результаты расчета теоретических значений функции пропускания в сравнении с экспериментальными значениями для спектральных областей 2,7 мкм и 4,3 мкм соответственно, которые
также подтверждают корректность определенных парциальных давлений и температуры факела.
Рисунок 5 – Спектральные зависимости функции пропускания исследуемого факела.
■, ▲ и ● – эксперимент, линии – расчет
В заключении приводятся основные результаты исследования и изложены
основные выводы работы.
В приложении содержится документ об официальной государственной регистрации программы для ЭВМ.
Основные результаты работы:
Построена физико-математическая модель распространения излучения в газово-аэрозольной среде, которая за счет учета параметров и характеристик триады
«источник-среда-приемник» позволяет получать теоретические результаты, максимально приближенные к результатам экспериментальных измерений в широких
интервалах изменения температуры и давления газовой смеси.
Создано программное обеспечение «TRAVA», осуществляющее формирование для различных значений температуры и давления баз данных параметров
спектральных линий поглощения молекул и расчет различных спектральных характеристик газово-аэрозольных сред: коэффициентов поглощения газов, коэффициентов аэрозольного ослабления, оптических толщ, функций пропускания, функций поглощения, энергетической яркости.
Предложена методика определения прецизионных значений центров линий
излучения лазеров на двухатомных молекулах в ИК диапазоне на примере СОлазера.
Проведен анализ влияния спектральной ширины линии излучения лазера на
измеряемые коэффициенты поглощения и функции пропускания газов. Показано,
что величина ширины линии излучения оказывает сильное влияние на измеряемые
величины.
Предложен простой способ определения спектральной ширины лазерной
линии, который предполагает использование газового объема при фиксированных
давлении и температуре для определения спектральной ширины лазерной линии
17
по измеренной функции пропускания излучения лазера на основе ранее рассчитанной теоретической зависимости функции пропускания от спектральной ширины линии излучения лазера.
Предложена новая методика для определения температуры и парциальных
давлений компонентов нагретой газовой среды из активных (по функции пропускания) или пассивных (по собственному излучению) дистанционных измерений.
Проведена ее апробация на интерпретации эксперимента по измерению оптических характеристик факела горящего этанола в условиях приземного слоя атмосферы для определения температуры и парциального давления горячих газов H2O
и CO2.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи, опубликованные в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при
Министерстве образования и науки Российской Федерации для опубликования основных результатов диссертаций, и в библиографические базы Web of Science и
Scopus:
1. Войцеховская, О. К. Оптимальные длины волн излучения СО-лазера для
дистанционного мониторинга примесных газов в атмосфере Земли / О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, Д. В. Волков // Известия высших учебных заведений.
Физика. – 2010. – Т. 53, № 9/3. – С. 155–156. – 0,25 / 0,15 п.л.
2. Войцеховская, О. К. Программное обеспечение моделирования дистанционного мониторинга термодинамически неоднородных газово-аэрозольных сред /
О. К. Войцеховская, А. В. Войцеховский, Д. Е. Каширский // Известия высших
учебных заведений. Физика. – 2010. – Т. 53, № 9/3. – С. 157–158. – 0,25 / 0,2 п.л.
3. Войцеховская, О. К. Спектральные характеристики горячих газов для дистанционного анализа / О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков //
Известия высших учебных заведений. Физика. – 2010. – Т. 53, № 9/3. – С. 159–160.
– 0,25 / 0,1 п.л.
4. Войцеховская, О. К. Определение термодинамических параметров высокотемпературного газового объема с помощью аппроксимации излучательных характеристик функциональной зависимостью от температуры и парциального давления газа / О. К. Войцеховская, А. В. Войцеховский, Д. Е. Каширский, И. С. Суслова // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2010. – Т. 53, № 9/3. –
С. 161–162. – 0,25 / 0,2 п.л.
5. Voitsekhovskaya, O. K. Determination of Dunham coefficients and calculation
of the energies of highly excited vibrational-rotational levels of the carbon monoxide
molecule in the electronic ground state / O. K. Voitsekhovskaya, D. E. Kashirskii, V. S.
Korchikov // Moscow University Physics Bulletin. – 2010. – Vol. 65, iss. 5. – P. 386–
391. – DOI : 10.3103/S0027134910050097. – 0,75 / 0,4 sh.
18
6. Voitsekhovskii, A. V. Modelling the determination of the thermodynamic
parameters of a high-temperature gaseous volume by a passive remote method /
A. V. Voitsekhovskii, O. K. Voitsekhovskaya, D. E. Kashirskii, I. S. Suslova //
Journal of Optical Technology. – 2010. – Vol. 77, iss. 9. – P. 554–559. – DOI :
10.1364/JOT.77.000554. – 0,75 / 0,55 sh.
7. Волков, Д. В. Методика определения спектральной ширины лазерных
линий с использованием кювет с газом при известных термодинамических условиях / Д. В. Волков, О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2012. – Т. 55, № 8/3. – С. 80–81. –
0,25 / 0,2 п.л.
8. Войцеховский, А. В. Информационное и спектроскопическое обеспечение
лазерного анализа высокотемпературных газовых смесей / А. В. Войцеховский,
О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский // Известия высших учебных заведений.
Физика. – 2012. – Т. 55, № 8/3. – С. 86–87. – 0,25 / 0,1 п.л.
9. Войцеховская, О. К. Диагностика выбросов вулканов по их радиационным характеристикам пассивным дистанционным методом / О. К. Войцеховская,
О. В. Егоров, Д. Е. Каширский // Известия высших учебных заведений. Физика. –
2012. – Т. 55, № 8/3. – С. 94–95. – 0,25 / 0,1 п.л.
10. Войцеховская, О. К. Определение центров линий излучения СОлазера из эксперимента по поглощению атмосферными и примесными газами /
О. К. Войцеховская, Д. В. Волков, Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2012. – Т. 55, № 8/3. – С. 96–97. –
0,25 / 0,2 п.л.
11. Voitsekhovskaya, O. K. Determination of spectral width of laser lines in
the IR range using the absorption spectroscopy method / O. K. Voitsekhovskaya,
D. V. Volkov, D. E. Kashirskii, V. S. Korchikov // Quantum electronics. – 2012. –
Vol. 42, iss. 7. – P. 634–639. – DOI : 10.1070/QE2012v042n07ABEH014806. –
0,75 / 0,5 sh.
12. Voitsekhovskaya, O. K. Spectroscopic support of laser remote sensing of
the sulfur dioxide gas in the jet of engine exhaust gases / O. K. Voitsekhovskaya,
D. E. Kashirskii, O. V. Egorov // Russian Physics Journal. – 2013. – Vol. 56, iss. 4. –
P. 473–482. – DOI : 10.1007/s11182-013-0057-x. – 1,25 / 0,5 sh.
13. Voitsekhovskaya, O. K. Methodology of laser detection of engine exhaust
gases / O. K. Voitsekhovskaya, D. V. Volkov, D. E. Kashirskii // Russian Physics
Journal. – 2013. – Vol. 56, iss. 6. – P. 657–666. – DOI : 10.1007/s11182-013-0082-9. –
1,13 / 0,63 sh.
14. Войцеховская, О. К. Определение относительных концентраций газовых продуктов сгорания по спектральным характеристикам пламен / О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, Н. М. Емельянов, В. М. Сазанович, Р. Ш. Цвык,
М. В. Шерстобитов // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2013. –
Т. 56, № 9/2. – С. 64–66. – 0,38 / 0,12 п.л.
19
15. Egorov, O. V. The optical method for determining the thermodynamic parameters of hot gases / O. V. Egorov, O. K. Voitsekhovskaya, D. E. Kashirskii,
R. Sh. Tsvyk, V. M. Sazanovich, M. V. Sherstobitov // Journal of Quantitative
Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2014. – Vol. 147. – P. 38–46. – DOI :
10.1016/j.jqsrt.2014.05.001. – 1,13 / 0,5 sh.
Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ:
16. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ
№ 2013617114. TRAVA. Программа для моделирования процессов переноса излучения в однородных и неоднородных газово-аэрозольных средах / Д. Е. Каширский, О. К. Войцеховская, О. В. Егоров – № 2013615417; заявл. 28.06.2013; опубл.
20.09.2013, зарегистр. в реестре программ для ЭВМ 01.08.2013. – 1 с.
Публикации в других научных изданиях:
17. Войцеховский, А. В. Применение СО-лазера для диагностики термодинамически неоднородных газовых сред / А. В. Войцеховский, О. К. Войцеховская,
Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков, Д. В. Волков // Контроль окружающей среды и
климата «КОСК-2010» : материалы VII Всероссийского симпозиума с привлечением иностранных ученых. – Томск, 2010. – С. 95–96. – 0,2 / 0,1 п.л.
18. Войцеховский, А. В. Применение параметризации для определения
температуры и концентрации газа из пассивных дистанционных измерений /
А. В. Войцеховский, О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, И. С. Суслова //
«Контроль окружающей среды и климата «КОСК-2010» : материалы VII Всероссийского симпозиума с привлечением иностранных ученых. – Томск, 2010. –
С. 40–41. – 0,2 / 0,15 п.л.
19. Войцеховский, А. В. Информационно-вычислительные комплексы для
моделирования дистанционных пассивных и активных измерений газовой фазы
горения / А. В. Войцеховский, О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков, Д. В. Волков // Математическое и физическое моделирование опасных природных явлений и техногенных катастроф : материалы Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых. – Томск, 2010. – С. 33–33. – 0,1 / 0,05 п.л.
20. Войцеховская, О. К. Программный комплекс для расчетов спектральных
характеристик пространственно неоднородных газовых сред с аэрозольными сферическими частицами [Электронный ресурс] / О. К. Войцеховская, А. В. Войцеховский, Д. В. Волков, Д. Е. Каширский // Оптика атмосферы и океана. Физика
атмосферы : материалы XVII Международного симпозиума. – Томск : Издательство ИОА СО РАН, 2011. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Доклад № A25, 4 с. –
ISBN 978-5-94458-118-1. – 0,5 / 0,2 п.л.
21. Войцеховская, О. К. Расчет ослабления излучения CO-лазера различными газами для анализа точности определения спектроскопических постоянных молекулы CO [Электронный ресурс] / О. К. Войцеховская, Д. В. Волков, Д. Е. Каширский, В. С. Корчиков // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы : материалы XVII Международного симпозиума. – Томск : Издательство ИОА СО
20
РАН, 2011. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Доклад № A26, 4 с. – ISBN 978-594458-118-1. – 0,5 / 0,2 п.л.
22. Каширский, Д. Е. Информационно-вычислительные системы для оптических исследований пространственно неоднородных газово-аэрозольных сред //
Студент и научно-технический прогресс : Физика неравновесных процессов : материалы 50-й Международной научной студенческой конференции. – Новосибирск, 2012. – С. 93. – 0,05 п.л.
23. Войцеховская, О. К. Диагностика газовых выбросов вулканов по их излучательным характеристикам пассивным дистанционным методом / О. К. Войцеховская, О. В. Егоров, Д. Е. Каширский // Математическое и физическое моделирование опасных природных явлений и техногенных катастроф : материалы
Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых. – Томск, 2012. –
С. 19-20. – 0,05 / 0,04 п.л.
24. Войцеховский, А. В. Оптико-физические методы дистанционной диагностики высокотемпературных газовых сред [Электронный ресурс] / А. В. Войцеховский, О. К. Войцеховская, О. В. Егоров, Д. Е. Каширский // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы : материалы XX Международного симпозиума. –
Томск : Издательство ИОА СО РАН, 2014. – 1 CD-ROM. – Доклад № B19, 4 с. –
ISBN 978-5-94458-145-7. – 0,5 / 0,13 п.л.
25. Войцеховская, О. К. Определение температуры и концентрации газовых компонентов в факеле имитатора выхлопа двигателя [Электронный ресурс]
/ О. К. Войцеховская, Д. Е. Каширский, О. В. Егоров, Р. Ш. Цвык, В. М. Сазанович, М. В. Шерстобитов // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы : материалы XX Международного симпозиума. – Томск : Издательство ИОА СО РАН,
2014. – 1 CD-ROM. – Доклад № B20, 4 с. – ISBN 978-5-94458-145-7. – 0,5 / 0,38 п.л.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1* Mishra, A. P. Fourier transform emission spectroscopy of ∆v = 2 sequence
bands of the CO molecule in the ground electronic state / A. P. Mishra, B. J. Shetty, R. J.
Kshirsagar // Journal of Molecular Spectroscopy. – 2005. – Vol. 232, iss. 2. – P. 296–
307.
2* Coxon, J. A. Direct potential fit analysis of the ground state of CO /
J. A. Coxon, P. G. Hajigeorgiou // Journal of Chemical Physics. – 2004. – Vol. 121,
iss. 7. – P. 2992–3008.
3* Tashkun, S. A. Critical evaluation of measured pure-rotation and rotationvibration line positions and an experimental dataset of energy levels of 12C16O in X1Σ+
state / S. A. Tashkun, T. I. Velichko, S. T. Mikhailenko // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2010. – Vol. 111, iss. 9. – P. 1106–1116.
4* List, U. Spectral coincidences between CO-laser and nitric-oxide. A reinvestigation / U. List, W. Herrmann, W. Urban, E. H. Fink // Applied Physics. – 1979. –
Vol. 19. – P. 427–429.
21
5* Frequency tunable single-line pulsed first-overtone carbon monoxide laser /
N. G. Basov [et al] // Optics Communications. – 2000. – Vol. 180. – P. 285–300.
6* Lasers on overtone transitions of carbon monoxide molecule / A. A. Ionin
[et al.] // Laser Physics. – 2010. – Vol. 20, iss. 1. – P. 144–186.
7* Application of an overtone CO laser for remote gas analysis of the atmosphere / A. A. Ionin [et al.] // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2013. – Vol. 26, iss. 1. –
P. 68–73.
8* Спектроскопия атмосферных газов [Электронный ресурс] / Институт
оптики атмосферы имени В. Е Зуева СО РАН. – Электрон. дан. – Томск: ИОА СО
РАН, 2014. – URL: http://spectra.iao.ru (дата обращения 04.03.2014).
9* Yurchenko, S. N. Theoretical ROVibrational Energies (TROVE): A robust
numerical approach to the calculation of rovibrational energies for polyatomic molecules
/ S. N. Yurchenko, W. Thiel, P. Jensen // Journal of Molecular Spectroscopy. – 2007. –
Vol. 245, iss. 2. – P. 126–140.
10* George, T. Improved Mass-Independent Dunham Parameters for the
Ground State of CO and Calibration Frequencies for the Fundamental Band /
T. George, W. Urban, A. Le Floch // Journal of Molecular Spectroscopy. – 1994. –
Vol. 165. – P. 500–505.
11* Арефьев, В. Н. Молекулярное поглощение водяным паром излучения в
окне относительной прозрачности атмосферы 8–13 мкм / В. Н. Арефьев // Оптика
атмосферы. – 1989. – Т. 2, № 10. – С. 1034–1054.
22
Подписано в печать 02.09.2014 г.
Формат А4/2. Ризография
Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 01/09-14
Отпечатано в ООО «Позитив-НБ»
634050 г. Томск, пр. Ленина 34а
23
24
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
8
Размер файла
1 343 Кб
Теги
среды, газовых, термодинамическая, оптические, неоднородным, методами, характеристика, определение
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа