Pueden ser los productos de combustión calientes de un fuego grande en "equilibrio térmico no local"

Question

Pregunta:

Se tarda algún tiempo para que la caliente de los productos de la combustión de una llama para alcanzar local termodinámicos de equilibrio (es decir, para el estado de energía de las poblaciones a seguir la distribución de Boltzmann)? Si es así, ¿en qué tipo de escalas de tiempo posible esta salida desde el local termodinámicos de equilibrio se producen?

Antecedentes:

Estoy tratando de modelo de infrarrojos espectros de emisión en el infrarrojo medio de la región para reproducir los espectros de emisión de caliente de tubos de escape de la llama de un industrial de la llamarada de la pila se mide con un FTIR-espectrómetro.

La emisión espectral resplandor se calcula utilizando la función de Planck y la absorción crossections de diferentes especies moleculares. La absorción crossections se calculan para diferentes especies, utilizando el HITRAN y HITEMP línea de bases de datos.

Esto parece funcionar bien para algunas especies y algunos regímenes. Sin embargo, me parece que tienen problemas, especialmente cuando los gases de escape es muy caliente. Por ejemplo, en la región de 900-1000 cm$^{-1}$ puedo qualitativly ver que he de agua más fuertes líneas de emisión, pero con sólo variar el parámetro de temperatura no puedo obtener las intensidades relativas de las diferentes líneas de la derecha.

Sigo pensando que un posible problema podría ser que los gases de escape producto de la combustión que no estén en locales termodinámicos de equilibrio. En ese caso, el estado de las poblaciones de las especies no seguir la distribución de Boltzmann que se supone que para el cálculo de las intensidades de línea y su dependencia de la temperatura.

Answer 1

Yo no soy especialista en esto, así que toma esta respuesta como los pensamientos de alguien que también quiere saber la respuesta a su problema.

Este es un problema interesante, y uno que me ha interesado a mí mismo. Si intenta modelar este proceso el uso de algún tipo de cinética de la teoría (por ejemplo, la Ecuación de Boltzmann) enfoque, naturalmente aparece de varias escalas de tiempo de los diferentes procesos de relajación que pueden aparecer. Si intenta modelar como Navier-Stokes, y luego el ajuste de los datos con el equilibrio térmico, resolver el primer momento en que el número de Knudsen, pero hacer caso omiso de cualquier tipo de tiempo de relajación, esta podría ser una fuente de problemas.

Como @Floris dicho, puede suceder que usted tiene diferentes etapas de la reacción química que ocurren en diferentes partes de la llama, que provienen de un número finito de tiempo de relajación de las reacciones químicas.

Otro problema que podría estar más cerca de la realidad, y la forma más simple de resolver, es que usted puede tener enormes gradientes de temperatura, y se están haciendo caso omiso de los gradientes espaciales cuando se hace el cálculo, y esto se traduce en algún tipo de distorsión de su espectral ' emission. Si es así, podría ser muy interesante, ya sea para simular este sistema, para obtener algún tipo de información de la distribución de la temperatura de la llama, o para tratar de medir directamente sobre una pequeña llama, pero con un spectometer con un menor apperture.

Una última posibilidad sería el cambio de la emisión de la función. Si usted tiene (realmente) de equilibrio fenomena, usted podría tener que calcular las correcciones en la función de distribución, en el caso de la luz de Bose-Einstein de distribución, para incluir las correcciones que venir de cualquiera de flujos de calor, viscoso tensores y similares. Yo no he visto esto se usa mucho, pero sí he visto en muy diferentes tipos de contexto (Relativista de Iones Pesados de la física).

Answer 2

La cinética de la ecuación para la función de distribución de $f(x,v,t)$ es

$\partial_t f + v \partial_x f + F \partial_v f = S$

Esta ecuación es, básicamente, la ley de la conservación de la densidad en el espacio de fases (x,v); F es la fuerza que actúa sobre las partículas; el término en el lado derecho es el llamado choque integral, es lo que impulsa a la función de distribución hacia el Maxwellian, otras condiciones pueden conducir lejos de Maxwellian. En estas condiciones de baja temperatura plasmas que estamos considerando aquí hay numerosos procesos que selectivamente pueden rellenar o despoblar algunos de los niveles de energía, por lo que no es raro ver a la desviación de la Maxwellian.

Si consideramos un problema de valor inicial cuando la función de distribución de la llama (mejor llamarlo parcialmente gas ionizado, o de baja temperatura de plasma) se desvía de Maxwellian inicialmente, a continuación, toma tiempo para que la función de distribución para convertirse en Maxwellian, que es la colisión de tiempo para que los electrones y los iones. De hecho, los electrones se thermalize entre sí, y los iones entre sí, en una corta escala de tiempo de las dos especies thermalize entre uno y otro, por lo que el sistema va a relajar a un dos-distribución de la temperatura durante algún tiempo.

Sin embargo, parece que esto no es un problema de valor inicial aquí, parece ser una constante estado de situación en la que hay algunos de origen términos de la presente unidad el sistema alejado de la Maxwellian. Algunas sutiles factores tales como si la radiación emitida es atrapado o se escapa libremente puede hacer una gran diferencia. Más información sobre este sería necesario para llevar a cabo un análisis detallado. La lectura de un básico de la física del plasma libro (por ejemplo, Introducción a la Física del Plasma: Francisco F. Chen) debe ser su punto de partida.