レーザ誘起前期解離蛍光法による超音波空気流の可視化と計測

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これまでに,エキシマレーザー(ArF:193mm),イメージインテンシファイア及び超高感度CCDカメラを組み合わせた空気流の可視化システムを構成し,超音速自由噴流と乱流噴流に適用してその有効性を確認した.さらに,超音速自由噴流を対象として理論的に求めた蛍光強度分布が実験で得られた強度分布とよく一致することが明かとなり,理論で仮定している衝突失活及び励起状態における再配分の無視がO_2のレーザー誘起前期解離蛍光(Laser-Induced Predissociation Fluorescence;LIPF)では打倒であることを明かにした.新たにシステムに組み込んだ分光器によりO_2のLIPFスペクトルの観測が可能となり,波長固定の線幅の広いレーザーを利用した新しい温度計測法を考案した.一般にLIFを利用して温度を計測するには,蛍光強度が温度と密度に依存するため,密度の影響を取り除くか別の方法で密度を計測する必要がある.これまでに報告されている線幅の広いレーザーを利用したO_2のLIPFによる温度計測では,密度の影響を除去するために,圧力一定の流れ場に限定したり,Rayleigh散乱と組み合わせて温度が計測されているが,いずれも蛍光スペクトルに基づいていないために計測精度は十分ではない.本研究では,蛍光スペクトルの異なる2つの波長範囲の積分強度比から温度が計測できることを理論的に明かにし,温度範囲にごとに最適な2つの波長範囲を決定するとともに,積分強度比と温度の関係を求めた.高温空気にこの温度計測法を適用し,計測した蛍光スペクトルの2つの波長範囲の積分強度比から求めた温度が熱電対で計測した温度とほぼ一致することを明かにした.今後は,比較的広い範囲のスペクトルを一括して取得する方法を確立し,計測時間の短縮,温度の計測精度の向上,さらには2次元計測への拡張を計画している.