北京航空航天大学学报 ›› 2019, Vol. 45 ›› Issue (3): 472-477.doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0392

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激发跃迁速率对热力学非平衡氮气紫外辐射的影响

吴杰1,2,3, 余西龙1,2, 段然3, 朱希娟3, 李霞3, 马静3   

  1. 1. 中国科学院力学研究所 高温气体动力学国家重点实验室, 北京 100190;
    2. 中国科学院大学 工程科学学院, 北京 100049;
    3. 光学辐射重点实验室, 北京 100854
  • 收稿日期:2018-06-27 出版日期:2019-03-20 发布日期:2019-04-04
  • 通讯作者: 余西龙,E-mail:xlyu@imech.ac.cn E-mail:xlyu@imech.ac.cn
  • 作者简介:吴杰,男,博士,高级工程师。主要研究方向:高温气体辐射光谱建模;余西龙,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:激光光谱诊断技术、高焓非平衡流动;段然,男,博士,工程师。主要研究方向:红外辐射数值分析。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(11872368)

Influence of excitation and transition rates on ultraviolet radiation of thermal nonequilibrium nitrogen

WU Jie1,2,3, YU Xilong1,2, DUAN Ran3, ZHU Xijuan3, LI Xia3, MA Jing3   

  1. 1. State Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
    2. School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
    3. Science and Technology on Optical Radiation Laboratory, Beijing 100854, China
  • Received:2018-06-27 Online:2019-03-20 Published:2019-04-04

摘要: 基于氮气的碰撞-辐射(CR)模型,计算了速度为6.2 km/s、初始压力为133 Pa的高超声速流动激波中N2和N2+分子电子能级的分布情况,分析了不同激发跃迁速率模型对电子能级分布及辐射光谱模拟的影响。针对流动中热力学非平衡区域和平衡区域,在300~440 nm的辐射光谱开展了逐线法的数值模拟,并与激波管实验测量光谱进行了对比。结果表明,目前的激发跃迁速率均存在偏差,综合Park模型的爱因斯坦系数和Johnston模型的碰撞激发速率可以得到与实验结果最为接近的辐射光谱。

关键词: 氮气, 热力学非平衡, 碰撞-辐射(CR)模型, 紫外辐射, 激发速率

Abstract: Based on the collision-radiation (CR) model of nitrogen, the distribution of the electronic energy levels of N2 and N2+ molecules in the hypersonic flow shock wave with velocity 6.2 km/s and initial pressure 133 Pa is calculated. The effects of different excitation and transition rate models on the electronic energy level distribution and the radiation spectrum simulation are analyzed. A line-by-line method is carried out to simulate the radiation spectrum of the thermal nonequilibrium region and the equilibrium region in the 300-440 nm, which are compared with the experimental measurement spectra of the shock tube. It is found that the current excitation and transition rates all have deviations, and the CR model that integrated the Einstein coefficient of Park model and the collision excitation rate of the Johnston model can gain the radiation spectrum which is the closest to the experimental results.

Key words: nitrogen, thermal nonequilibrium, collision radiation (CR) model, ultraviolet radiation, excitation rate

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