UM: NO PLIF flow visualization and time-resolved temperature distributions in laser induced breakdown plumes

Artikel

Samenvatting

NO planaire laser-geïnduceerde fluorescentie (PLIF) wordt gebruikt om beelden te verkrijgen van plasma pluimen veroorzaakt door laserinductie in NO-geïnjecteerd stikstof en droge lucht bij bijna atmosferische druk. Single-shot PLIF-beelden tonen aan dat de ontwikkeling van de pluim 5–50 μs na de inductiepuls redelijk reproduceerbaar is van schot tot schot, hoewel de pluim op langere tijdschalen, 100–500 μs, steeds stochastischer wordt. Het stochastische gedrag van de pluim wordt gekwantificeerd met behulp van waarschijnlijkheidsdistributies van de loci van de pluimgrens. Analyse van de single-shot beelden geeft aan dat de menging van de pluim met omgevend gas op sub-ms tijdschaal onbeduidend is. De geïnduceerde stroomsnelheid in de pluim is vrij laag, tot 30 m s−1, wat suggereert dat laserinducties ineffectief zijn voor het bevorderen van menging in snelle stromen. De ensemble-gemiddelde PLIF-beelden geven de evolutie van de pluim weer van een aanvankelijk verlengde vorm naar een bijna bolvormige tot toroïdale vorm, met een daaropvolgende radiale expansie en vorming van een axiale straal in het midden. Temperatuurdistributies in de pluim in lucht worden verkregen uit de NO PLIF-beelden, gebruikmakend van twee rotatietransities in de NO(X, v’ = 0 → A, v” = 0) band, J” = 6,5 en 12,5 van de QR12 + Q2 tak. De resultaten geven aan dat de temperatuur in de pluim hoog blijft, boven de 1000 K, voor ongeveer 100 μs, waarna het geleidelijk afneemt, tot onder de 500 K bij 500 μs. Het resterende NO-fractie in de pluim is ∼0,1%, wat aangeeft dat herhaalde laserondersteunde ontsteking kan leiden tot aanzienlijke NO-generatie. Deze gemeten temperatuur- en snelheidsdistributies kunnen worden gebruikt voor gedetailleerde validatie van kinetische modellen van laserinductie en beoordeling van hun voorspellende capaciteit.