대한기계학회논문집B (Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B)

  • 제34권3호
  • /
  • Pages.245-250
  • /
  • 2010
  • /
  • 1226-4881(pISSN)
  • /
  • 2288-5324(eISSN)
대한기계학회 (The Korean Society of Mechanical Engineers)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

질소 이온 발광 분광법을 이용한 초음속 유동의 기체 온도 측정

Gas Temperature Measurement in Supersonic Flows by N2+ Emission Spectroscopy

  • 신지철 (울산대학교 항공우주공학과)
  • 발행 : 2010.03.01
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

초음속 유동에서의 공기 방전에 대한 기체 (회전) 온도를 측정하는 과정이 자세하게 소개되었다. 초음속 유동에서는 직접적인 온도 측정이 어려우므로 질소 분자 이온 스펙트럼의 광학적 발광 분광법을 이용하는 비침투 방식의 측정법이 사용되었다. 질소 분자 이온의 발광 스펙트럼 구조를 이해하기 위하여 발광선의 세기를 나타내는 관계식들에 대한 자세한 설명이 소개되었다. 유도된 발광 스펙트럼의 표현식을 이용하여 질소 이온의 first negative system을 구현하였고 실험으로 측정된 스펙트럼과 비교하였다. 합성 스펙트럼과 측정된 스펙트럼들은 밴드 스펙트럼 전 범위에 걸쳐서 6-8%의 상대오차 이내로 서로 일치함을 보여주었다. 마하 3의 초음속 경계층에서 25 mA의 직류 방전에 의한 기체 온도 분포 곡선을 측정한 결과 온도값이 최대 약 350 K인 선형적인 변화를 보여주었다.

The procedure for estimating the gas (rotational) temperature of an air discharge in supersonic flows is presented in detail. Since direct measurement of the temperature in a supersonic flow is difficult, a nonintrusive measurement was performed by optical emission spectroscopy based on the emission spectra of nitrogen molecular ions. A detailed explanation, including the equations for emission line intensity, is presented in order to understand the structure of the emission spectra of nitrogen molecular ions. Using the obtained representation for emission spectrum, a synthetic spectrum of the first negative system of $N_2^+$ is obtained, and it is compared with the experimentally measured spectrum. Within a relative error of approximately 6.8% for the overall band spectra, the synthetic and measured spectra agree well. In the case of a 25-mA DC air discharge in a supersonic (Mach 3) flow, the gas temperature profile shows an approximately linear variation and a peak temperature of approximately 350 K.

키워드

참고문헌

  1. Do Duk-Hee, 1998, "PIV(Particle Image Velocimetry)Measurement Technique," KSME, Vol. 38, No. 10, pp.36-41.
  2. Williamson, J. M., Bletzinger, P. and Ganguly, B. N., 2004, "Gas Temperature Determination in a $N_2$/Ar Dielectric Barrier Discharge by Diode-Laser Absorption Spectroscopy and Resolved Plasma Emission," J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 37, No. 12, pp. 1658-1663. https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/12/010
  3. Laux, C. O. and Kruger, C. H., 1992, "Arrays of Radiative Transition Probabilities for the $N_2$ First and Second Positive, NO Beta and Gamma, $N_2^+$ First Negative, and $O_2$ Schumann-Runge Band Systems," J. Quant. Spectrosc. & Radiat. Transfer, Vol. 48. No. 1, pp. 9-24. https://doi.org/10.1016/0022-4073(92)90003-M
  4. Herzberg, G., 1962, "Molecular Spectra And Molecular Structure: I. Spectra of Diatomic Molecules," Van Nostrand Reinhold, New York.
  5. Schadee, A., 1978, "Unique Definitions for the Band Strength and the Electronic-Vibrational Dipole Moment of Diatomic Molecular Radiative Transitions," J. Quant. Spectrosc. & Radiat. Transfer, Vol. 19, No. 4, pp. 451-453. https://doi.org/10.1016/0022-4073(78)90013-4
  6. Nicholls, R. W. and Stewart, A. L., 1962, "Atomic and Molecular Processes edited by D. R. Bates," Academic Press Inc. (London) Ltd.
  7. Nassar, H, Pellerin, S., Musiol, K., Martinie, O., Pellerin, N. and Cormier, J. M., 2004, " $N_2^+$/$N_2$ Ratio and Temperature Measurements Based on First Negative $N_2^+$ and Second Positive $N_2$ Overlapped Molecular Emission Spectra," J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 37, No. 14, pp. 1904-1916. https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/14/005
  8. Shin, J., Narayanaswamy, V., Raja, L. L. and Clemens, N. T., 2007, "Characterization of a Direct-Current Glow Discharge Plasma Actuator in Low-Pressure Supersonic Flow," AIAA Journal, Vol. 45, No. 7, pp. 1596-1605. https://doi.org/10.2514/1.27197