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Velocity Field Measurements in Rarefied, Hypersonic Flows of Nitrogen Using Laser-Induced Fluorescence of Iodine.

机译：使用激光诱导的碘荧光在稀疏的高超声速氮气流中进行速度场测量。

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摘要

Velocity fields are measured in the shock layer and boundary layer on a plate with a cylindrical fin immersed in a hypersonic, free jet of nitrogen, using laser-induced fluorescence (LIF) of iodine. A sheet beam from a single-mode argon laser at 514 nm is used to excite hyperfine components of the P(13), R(15) and P(48), P(103) blended rotational-vibrational lines in the B-X electronic transition for iodine seeded in the flow. The Doppler broadening and shift of these lines, and the relative rotational line strengths are determined for excitation spectra recorded in a planar grid.;Using this measurement technique, estimates for iodine of the mass velocity component and kinetic temperature of translation in the direction of laser propagation, rotational temperature, and relative number density are determined at each point. Sectional planes of the flow over the body are investigated at a spatial resolution on the scale of the molecular mean-free-path in the free jet near the plate leading edge. Two directions within each plane are examined, to determine the velocity vector and to investigate translational non-equilibrium. Predictions from two direct simulation Monte Carlo computations of the flow are compared with the measurements.;Large values of slip velocity and temperature jump at the plate surface are observed for iodine. Measurements and DSMC predictions indicate strong translational non-equilibrium effects for the iodine in the shock wave and the thick boundary layer on the plate, and are qualitatively consistent with a bimodal velocity distribution function. As a consequence of the ratio of molecular masses, the translational non-equilibrium of iodine is much greater than for nitrogen.
机译：使用激光诱导的碘荧光（LIF），在带有圆柱形鳍片的平板上的冲击层和边界层中测量速度场，该圆柱鳍片浸在高超声速自由氮气流中。来自单模氩激光的514 nm的片状光束用于激发BX电子跃迁中的P（13），R（15）和P（48），P（103）混合旋转振动线的超精细成分碘流中。这些线的多普勒展宽和移动以及相对旋转线强度是针对记录在平面网格中的激发光谱确定的;使用此测量技术，可以估算质量速度分量的碘和沿激光方向平移的动力学温度在每个点确定传播，旋转温度和相对数密度。在空间分辨率上，以靠近板前缘的自由射流中分子平均自由程的尺度研究了流经人体的横截面。检查每个平面内的两个方向，以确定速度矢量并研究平移非平衡。将两个直接模拟的蒙特卡洛流量计算的预测结果与测量结果进行了比较；观察到了碘在板表面的滑移速度和温度跃变的较大值。测量结果和DSMC预测结果表明，冲击波中的碘和平板上厚的边界层对碘具有很强的平移非平衡效应，并且在质量上与双峰速度分布函数一致。由于分子质量比的结果，碘的翻译非平衡远大于氮的翻译非平衡。

著录项

  • 作者

    Cecil, Eric.;

  • 作者单位

    University of Virginia.;

  • 授予单位 University of Virginia.;
  • 学科 Engineering Aerospace.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2011
  • 页码 131 p.
  • 总页数 131
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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