Введение к работе
Актуальность. В настоящее время проектирование и создание новых лазерных систем в значительной мерс опираются на кинетические модели активных сред. Построение таких моделей включает в себя разработку математического описания кинетических явлений и определение вероятностей элементарных процессов. Использованные ранее методы вычислений и имеющиеся данные экспериментальных исследований констант скоростей реакции еще недостаточно полно дают, представление о физических аспектах нсупругого взаимодействия молекул. Это, в частности, связано с отсутствием информации о сечениях процессов и межмолскулярных потенциалах в неадиабатической области энергии.
Значительное влияние на эффективность проточных лазерных систем оказывает наличие аэрозольных частиц в активных средах. Сложность и специфика измерения аэрозолей в газах требует разработки комбинированного оптического метода, сочетающего в себе свойства абсорбционного метода и метода диагностики излучения, рассеянного частицами под малыми углами "вперед".
Развитие информационного подхода к решению этих задач лазерной физики посвящена данная работа. В последние годы информационный подход к решеншо обратных задач приобретает все большее значение, благодаря появлению современных компьютеров. Поиск параметров лазерных сред методом решения обратных задач по экспериментально измеренным с определенной степенью точности физическим величинам осуществляется с помощью интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода и относится к классу некорректных задач, в которых небольшие возлгущения правой части приводят к значительно^ снижению точности решения. Проблема точности решения " заключается в совершенствовании методики критериального отбора параметра регуляризации для выбора единственного регуляризованного решения и в получении достаточно надежных экспериментальных данных.
Цель работы. Разработка информационного подхода для решения задач физико-химической кинетики лазерных сред. Расчет на основе экспериментальных данных скоростей процессов релаксационных СО2 -С02, С02 - N2, С02 - Не, СО - Не, 02 - 02 и химических реакций Н2 + О -II + ОН в широком температурном интервале 200 - 2500 К. Определение сечений, потенциалов, энергии порога и активации химических реакций.
Разработка методики определения функции распределения частиц по размерам в газовых средах и се экспериментальная отработка с
использованием панорамного сканирования. обеспечивающего оперативный контроль за обшей концснтрациеії аэрозольных чааиц и их дисперсностью на основании информации об индикатрисе рассеянного излучения
Научная новизна. Разработан критериальный отбор параметра регуляризации при решении интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода, который даст возможность получать единственное регудяризованнос решение для задач физико-химической кинетики и лазерной диагностики полидисперсного аэрозоля.
Разработан метод экстраполяции вероятностных характеристик процесса неуиругого столкновения молекул. определенных в адиабатической области энергий, в неадиабатическую область.
Решена обратная задача получения полной энергетической зависимости сечений физико-химических реакций для всего диапазона адиабатической и неадиабатической областей энергий.
Для решения обратных задач по светорассеянию предложена норма для определения устойчивого регуляризованного решения с использованием коэффициента корреляции.
Разработана методика панорамного сканирования индикатрисы рассеянного излучения и определение функции распределения частиц по размерам в газовых потоках.
Практическая значимость. Разработанный метод использован для аналитического продолжения констант скоростей реакций С02 - СО?, С02 - N2. СО: - Не, СО - Не. 0: - 0: . Н: + О - Н + ОН в область низких (200 К) и высоких (2500 К) температур, где проведение эксперимента связано с большими трудностями. Представлена оценка ошибки расчета констант скоростей и оптимальная длина задаваемого температурного интервала. На основании полученных сечений определены параметры потенциала межмолскулярного взаимодействия Борна-Майсра и области энергий до 2 эВ.
Полученные в результате расчета константы скоростей реакций, энергии порога и активации химических реакций, параметры потенциала могут быть использованы при разработках и проектировании лазерных систем, использующих в качестве рабочего тела неравновесные газовые среды.
Предложен более точный метод для определения функции распределения частиц но размерам по сравнению с методом Шифрина. который использован в качестве математического обеспечения панорамного анализатора лазерного излучения, измеряющего концентрацию нолиднеперсных аэрозолей. Реализован алгоритм ввода в компьютер результатов сканирования лазерного пучка, прошедшего через
исследуемый аэрозоль, с целью получения п матричиоіі форме индикатрисы рассеянного излучения, что расширяет возможности рассматриваемого метода диагностики. Алгоритм опробован для сканирующего устройства с приемной входной апертурой 20 х 20 мм при шаге между ячейками 1 мм и оптическим размером ячейки, соответствующем 0.5 мм. Методика экспериментального исследования индикатрисы рассеяния лазерного излучения на базе решения обратной задачи о малоугловом рассеянии "вперед" может быть использована при определении параметров аэрозольных потоков в сопловых устройствах, в технологических трактах проточных газовых лазеров, а также при создании приборов экологического контроля запыленности атмосферы.
Достоверность результатов диссертации определяется комплексным подходом, включающим тройной контроль - теорию, эксперимент и диагностику, а также следует из сопоставления с известными результатами других авторов.
Личный вклад автора. В большинстве работ автором сформулирована постановка задачи и разработаны пути их решения. Теоретические и экспериментальные исследования проводились либо им самим, либо при его участии.
Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 8 работах и доложены на семинарах в ЦИАМ, и ФИ АН и па 1-ой Всероссийской научной конференции по молекулярной физике неравновесных систем в г. Иваново в 1999 г. 11 - 8J.
11а защиту выносятся научные положения, сформулированные и виде выводов но работе в разделе "Заключение"
Структура и обт.см диссертации* Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 200 наименований и содержит 73 рисунка и 8 таблиц. Полный объем диссертации составляет 185 страниц.
