Τα τελευταία χρόνια, η φασματοσκοπία πλάσματος επαγόμενο από λέιζερ (LIBS)
έχει προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον καθώς αποτελεί μία πειραματικά απλή
και αποτελεσματική τεχνική, η οποία παρέχει τη δυνατότητα λήψης μετρήσεων για
απευθείας ποιοτική και ποσοτική στοιχειακή ανάλυση. Η τεχνική LIBS στηρίζεται στη
δημιουργία σπινθήρα/πλάσματος μέσω ισχυρά εστιασμένης δέσμης λέιζερ στην
επιφάνεια ή στο εσωτερικό του δείγματος, στην ακόλουθη διέγερση και ατομοποίηση
των στοιχείων του στόχου και στην τελική καταγραφή και φασματοσκοπική ανάλυση της
εκπεμπόμενης ακτινοβολίας του πλάσματος. Λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που
συγκεντρώνει η τεχνική, το LIBS έχει προταθεί για πληθώρα πρακτικών, τεχνικών και
τεχνολογικών εφαρμογών σε ένα ευρύ φάσμα ερευνητικών πεδίων. Από την άλλη μεριά,
στον τομέα της καύσης, η ποσότητα καυσίμου σε ένα εύφλεκτο μίγμα είναι αντικείμενο
μείζονος σημασίας καθώς επηρεάζει σημαντικά την απόδοση των χημικών διεργασιών
και την παραγωγή και εκπομπή ρύπων. Επομένως, δημιουργείται η ανάγκη ανάπτυξης
μίας γρήγορης και μη παρεμβατικής διαγνωστικής τεχνικής για τη μέτρηση της
περιεκτικότητας του καυσίμου τοπικά στη φλόγα με καλή τόσο χωρική όσο και χρονική
ανάλυση.
Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, η τεχνική LIBS η οποία
συγκεντρώνει όλα αυτά τα πλεονεκτήματα χρησιμοποιήθηκε για αυτό το σκοπό. Κατά τη
διάρκεια των πειραμάτων, χρησιμοποιήθηκαν πηγές λέιζερ διάρκειας παλμών ns και fs,
ενώ τα συστήματα καύσης που μελετήθηκαν ήταν φλόγες υδρογονανθράκων-αέρα,
στρωτής και τυρβώδους ροής, απλής και συνθετότερης γεωμετρίας. Από τα LIBS
φάσματα φλογών διαφορετικής σύστασης, προέκυψε λοιπόν ότι υπάρχει μία ισχυρή
εξάρτηση μεταξύ των εντάσεων διαφόρων φασματικών γραμμών με το λόγο
ισοδυναμίας. Επομένως, μέσω της συσχέτισης αυτής μπορεί να επιτευχθεί με μεγάλη
ακρίβεια τόσο η μέτρηση της περιεκτικότητα σε καύσιμο φλογών άγνωστης σύστασης
όπως επίσης και η μέτρηση της κατανομής του καυσίμου τοπικά μέσα σε όλη την έκταση
της φλόγας παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες για την δομή της. Τέλος, εφαρμόστηκε
μία παραπλήσια διαγνωστική τεχνική, κατά την οποία η διηλεκτρική κατάρρευση του
μέσου ήταν αποτέλεσμα ενός ηλεκτρικού σπινθήρα: electrical Spark Induced Breakdown
Spectroscopy (SIBS) όπου και πραγματοποιήθηκε η συγκριτική μελέτη της ακτινοβολίας
του πλάσματος επαγόμενο μέσω οπτικής και ηλεκτρικής διέγερσης. / Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) has attracted a lot of scientific
interest during the last two decades as it is generally considered to be an experimentally
simple and efficient laser-based technique which can perform real-time, qualitative and
quantitative elemental analysis. The basic idea of LIBS is the creation of spark/plasma
through tight focusing of a laser beam on the surface or into a sample, the subsequent
excitation and atomization of the species of the sample at the location where the spark is
formed and the final detection and spectroscopic analysis of the emitted radiation from
the decaying plasma. Seeing the numerous advantages holding the technique, LIBS has
been proposed for many practical, technical and technological applications in various
scientific areas. On the other hand, in the field of combustion, the proportion of fuel in a
combustible mixture is of great importance as it strongly affects the efficiency of the
chemical processes and the production of soot emissions. Therefore, there is a
continuously increasing need for the development of a rapid and non-perturbative
diagnostic technique for the determination of the fuel content locally in the flame
structure with good spatial and temporal resolution.
Ιn the present dissertation, LIBS technique which offers such advantages has been
applied for combustion diagnostics purposes. During the experiments, laser systems with
pulse duration in the scale of ns and fs have been applied as excitation sources, while the
combustible mixtures under investigation were hydrocarbon-air flames, of laminar and
turbulent flow with simple and more complicated structures. From the LIBS spectra in
flames of different compositions, it was exhibited that there is a strong dependence of the
intensities of various spectral lines on the equivalence ratio, which demonstrates that the
precise determination of the amount of fuel can be performed. Also based on this
correlation, the determination of the equivalence ratio locally everywhere within the
flame can be achieved giving useful information about its structure. Finally, a similar
diagnostic technique has been employed. The dielectric breakdown is held using a spark
generator and the technique is called electrical Spark Induced Breakdown Spectroscopy
(SIBS). The emitted light of the two plasmas induced by optical and electrical excitation
was collected and a comparative study was performed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/7950 |
| Date | 19 August 2014 |
| Creators | Κοτζαγιάννη, Μαρία |
| Contributors | Κουρής, Στυλιανός, Kotzagianni, Maria, Άγγλος, Δημήτριος, Βάινος, Νικόλαος, Γεώργας, Αθανάσιος, Κούτσελας, Ιωάννης, Μαστοράκος, Επαμεινώνδας, Χατζηαποστόλου, Αντώνιος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0029 seconds