H2/NF3燃烧火焰荧光光谱分析及温度分布测量

作者：李留成^*; 王元虎; 唐书凯; 王增强; 多丽萍; 李刚; 金玉奇

来源：中国激光, 2023, 50(10): 241-247.

• 光谱学
• 荧光光谱
• 化学激光
• 燃烧室
• 温度分布
• 燃烧火焰

为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H2/NF3(或D2/NF3)的混合燃烧特性，搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H2/NF3燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析，光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域，H2/NF3燃烧火焰的自发光主要由N2(B)、NF(b)、NH(A)等电子激发态分子的辐射跃迁产生，其中N2(B)和NH(A)是燃烧过程中的关键物质成分，其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度，可以用于定量测定燃烧火焰的长度；在近红外光谱区域，H2/NF3燃烧火焰自发光的光谱主要由HF(v)振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF(v=2→v=0)谱带的转动结构强度分布，结合电动平移台，给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数(NF3与H2的流量之比)对燃烧火焰温度分布的影响，结果显示：当气体配比系数较小时，燃烧室内气体温度沿气流方向下降得较为平缓；随着气体配比系数逐渐增大，气体温度沿气流方向下降得越来越快。燃烧火焰长度和火焰温度分布测量结果表明，燃烧室内的化学反应可能分为两个过程：一个是H2/NF3剧烈快速燃烧过程，此过程非常快，几乎一混合便立刻燃烧；另一个是过量NF3在高温下的热解离过程，此过程相对较慢，并且温度越低NF3的热解离越慢。因此，当NF3的占比较大时，需要较长的燃烧室滞留时间才能使过量的NF3充分解离为氟原子。

• 单位
  中国科学院大连化学物理研究所