%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/11.24.15.13
%2 sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/11.24.15.13.38
%T Simulação de espectros de absorção para determinação de temperaturas em chamas
%J Simulation of absorption spectra for determination of temperature in flames
%D 2006
%8 2006-10-17
%9 Dissertação (Mestrado em Combustão e Propulsão)
%P 144
%A Ribeiro, Rodolfo José,
%E Salles, Carlos Eduardo Rolfsen (presidente),
%E Sbampato, Maria Esther (orientadora),
%E Toledo, Siles Paulino de,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K combustão e propulsão, espectropia de absorção, controle de combustão, espectroscopia a laser, simulação computadorizada, análise de espectros, espectros moleculares, transmitância, espectroscopio na chama, absorption spectroscopy, combustion control, laser spectroscopy, computerized simulation, spectrum analysis, molecular spectra, transmittance, flame spectroscopy.
%X Um dos métodos não intrusivos para medição de temperatura de chamas e concentração de espécies que tem sido utilizado com sucesso em trabalhos de literatura é a espectroscopia de absorção a laser de diodo. Para cálculo da temperatura, basicamente são comparados espectros de absorção de moléculas presentes na chama (a grande maioria utilizando a molécula de água) com espectros simulados teoricamente. Neste trabalho, foi desenvolvido um programa de simulação de espectros de absorção de alta resolução de moléculas a partir das bases de dados HITRAN (HIgh-resolution TRANsmission molecular absorption database) e HITEMP (HIgh-TEMPerature spectroscopic absorption parameters). A base de dados HITRAN apresenta, dentre outros, dados de posição e intensidade de linhas de absorção e de emissão (a 296 K) para 39 moléculas, incluindo a de água, produto da combustão de hidrocarbonetos. A base de dados HITEMP fornece os mesmos dados para moléculas de H2O, CO2 e CO, ampliando a base de dados para linhas que apresentam baixa intensidade de absorção em temperaturas próximas à ambiente, mas consideráveis em altas temperaturas, presentes na combustão. O programa de simulação foi desenvolvido em C++ para Windows. O primeiro passo do programa é o cálculo da intensidade na temperatura da simulação.A seguir, considera-se que as linhas têm um perfil de Voigt, obtido pela convolução de um perfil gaussiano Doppler (alargamento devido à temperatura) com um perfil de Lorentz (alargamento por pressão). Leva em conta, também, o deslocamento por pressão para cada uma das linhas. O espectro obtido é o resultante da soma da contribuição de todas as linhas em cada ponto do espectro. O número ideal de pontos em uma região espectral de simulação é calculado pelo programa, garantindo uma boa resolução gráfica. O programa pode ser utilizado para a simulação de espectros de absorção de alta resolução de todas as moléculas presentes na base de dados HITRAN (ou HITEMP). Os resultados das simulações foram comparados com espectros simulados e experimentais de artigos da literatura, apresentando boa concordância com os mesmos. O programa foi, também, utilizado para simulação de espectros de água nas condições experimentais de um estato-reator a combustão supersônica (scramjet) que será construído no IEAv/CTA e utilizará a espectroscopia de absorção da molécula de água como método não intrusivo de análise. O método de medida de temperatura baseado na espectroscopia de absorção pode ser usado para obter temperaturas de chamas de até aproximadamente 2500 K, com um desvio padrão de aproximadamente 5%. ABSTRACT: Diode laser spectroscopy is one of the non-intrusive methods that have been used successfully in literature to measure gas temperature and species concentration in flames. To obtain the temperature, the experimental absorption spectra of chemical species in the flame, as water for example, are usually compared with theoretical simulates spectra. In this work, a high-resolution absorption molecular spectra simulation program was developed from the databases HITRAN ("HIgh-resolution TRANsmission molecular absorption database") and HITEMP ("HIgh-TEMPerature spectroscopic absorption parameters"). The HITRAN database gives, among others properties, the position and intensity of absorption and emission lines for 39 molecules at 296 K, including water, which is one of the main products of the hydrocarbon combustion. The HITEMP database gives the same parameters for H2O, CO2 and CO molecules, and also data for lines that have low intensity at room temperatures but measurable intensities at high combustion temperatures. The simulation program was developed in C++ language for Windows. The first step is the calculation of the line intensities at the simulation temperature. After a Voigt profile is considered for each line, obtained by the convolution of a gaussian Doppler profile (temperature broadening) with a Lorentz profile (pressure broadening). The displacement of the absorption line position due to pressure effects is also considered. The obtained spectrum is the sum of each individual line contribution at each spectrum point. The ideal number of points in one spectral region of simulation is calculated by the program to assure good graphic resolution. The program can be used for the high-resolution absorption spectra simulation of all the molecules of HITRAN (or HITEMP) database. The simulation results were compared with simulated and experimental spectra data obtained in the literature, with good agreement. The program was also used for simulation of water spectra in the experimental flow conditions of a scramjet (supersonic combustion ramjet) exhaust product. The reduced model of this scramjet will be constructed and tested in IEAv/CTA and will use the non-intrusive diode laser spectroscopy technique for the water molecule detection and temperature measurement. The diode laser spectroscopy method can be used to measure flames temperatures up to 2500 K, with an accuracy of 5%.
%@language pt
%3 publicacao.pdf