📄Работа №186933
Тема: ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРА КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ МЕТАНА В СРЕДЕ ГЕЛИЯ
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Физика
Объем:
48 листов
Год:
2021
Просмотров:
64
4400
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Обзор литературных источников 5
1.1 Основы спектроскопии КР света 5
1.2 Интенсивность процесса КР 7
1.3 Основы молекулярной спектроскопии 7
1.4 Структура спектра метана 9
1.5 Механизмы уширения спектральных линий 12
1.6 Работы по изучению влияния гелия на КР спектр метана 15
2 Экспериментальная часть 18
2.1 Система с однопроходным возбуждением 18
2.2 Система с многопроходным возбуждением 19
2.3 Регистрация спектров КР среды метан/гелий 20
3 Обработка спектров 23
3.1 Аппроксимация полос v2 и v3 модельным контуром 23
3.2 Интерполяция контура Q-ветви v1 28
4 Анализ полученных результатов 29
4.1 Коэффициенты уширения и сдвига линий v2 и v3 29
4.2 Положение и полуширина Q-ветви v1 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Обзор литературных источников 5
1.1 Основы спектроскопии КР света 5
1.2 Интенсивность процесса КР 7
1.3 Основы молекулярной спектроскопии 7
1.4 Структура спектра метана 9
1.5 Механизмы уширения спектральных линий 12
1.6 Работы по изучению влияния гелия на КР спектр метана 15
2 Экспериментальная часть 18
2.1 Система с однопроходным возбуждением 18
2.2 Система с многопроходным возбуждением 19
2.3 Регистрация спектров КР среды метан/гелий 20
3 Обработка спектров 23
3.1 Аппроксимация полос v2 и v3 модельным контуром 23
3.2 Интерполяция контура Q-ветви v1 28
4 Анализ полученных результатов 29
4.1 Коэффициенты уширения и сдвига линий v2 и v3 29
4.2 Положение и полуширина Q-ветви v1 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34
📖 Аннотация
Работа посвящена исследованию влияния гелия на спектр комбинационного рассеяния (КР) метана. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности оптического анализа природного газа, где гелий, не имея собственного спектра КР, искажает линии метана, что приводит к ошибкам в определении концентраций компонентов. В рамках методологии спектроскопии высокого разрешения были экспериментально определены коэффициенты уширения и сдвига давлением для пар CH4-CH4 и CH4-He колебательно-вращательных линий полос v2 и v3, а также установлена зависимость положения и полуширины Q-ветви полосы v1 от давления и концентрации гелия. Полученные результаты, согласующиеся с теоретическими основами, изложенными в трудах Бахшиева Н.Г. и Ельяшевича М.А., позволяют точно моделировать спектры метана в среде гелия при давлениях до 50 атмосфер. Практическая значимость работы заключается в возможности применения полученных данных для совершенствования лазерных газоанализаторов, обеспечивающих быстрый и точный in situ контроль состава природного газа в процессах его добычи, транспортировки и использования, включая перспективу определения концентрации самого гелия по параметрам Q-ветви.
📖 Введение
Природный газ (ПГ) - полезное ископаемое, обладающее большим спросом в различных сферах промышленности. Оценки предсказывают стабильный рост его добычи в течение следующих сорока лет вплоть до 6 трлн м3 в год. Повышение спроса и темпов производства ПГ приводит к необходимости исследовать его состав с высокой точностью. Это актуально для контроля качества газа как сырья для производства, при оценке эффективности работы в котельных установках и печах, при транспортировке и продаже.
Основным методом по определению состава ПГ является метод газовой хроматографии. Однако он обладает рядом недостатков, таких как низкое быстродействие, отсутствие возможности анализа всех компонентов газа в рамках одного хроматографа, деградация разделительных колонок, дорогостоящее оборудование, к которому предъявляются большие требования и т.д. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) лишен этих недостатков. Развитие оптических технологий в сторону повышения мощности лазерных источников и увеличения чувствительности детекторов делает спектроскопию КР актуальной на данный момент. Высокое быстродействие, одновременный анализ всех компонент и малогабаритность оборудования обеспечивают проведение анализа ПГ in situ. Условия проведения данного анализа предполагают вариацию давления и концентраций компонентов ПГ в широком диапазоне, что оказывает непосредственное влияние на спектр КР.
Доминирующим компонентом в составе ПГ является простой углеводород - метан (CH4) - он занимает около 70-98% от всего состава. Остальная часть приходится на тяжелые углеводороды и другие газы (водород, кислород, инертные газы и т.д.). При исследовании методом спектроскопии КР наблюдается перекрытие спектра метана со спектрами других компонентов. Гелий, содержание которого в ПГ может достигать 7%, являясь атомарным газом, не имеет своего спектра КР. Несмотря на это, он оказывает значительное влияние на форму спектральных линий метана. Отсутствие оценки данного воздействия ведет к неверному определению концентраций компонент и снижению точности метода.
Решением данной проблемы может служить моделирование спектра метана в широком диапазоне давлений и температур. Для этого, помимо интенсивностей и частот, необходимы такие спектральные параметры, как коэффициенты уширения и сдвига давлением. Данные величины хорошо определены в спектроскопии инфракрасного поглощения и объединены в единую базу данных Hitran. Интенсивности и частоты для спектроскопии КР имеются в открытой базе данных MeCasDa. Однако работы по
определению коэффициентов уширения и сдвига из КР отсутствуют, как и какие-либо данные по уширению в базах данных. Таким образом, целью данной работы является исследование влияние гелия на спектр метана при вариации давления и концентрации. В соответствии с данной целью ставятся следующие задачи: зарегистрировать спектры КР диады и пентады метана в среде гелия при вариации давления и концентрации, определить коэффициенты уширения и сдвига колебательно-вращательных линий метана полос v2, v3 давлением метана и гелия, установить зависимость положения и полуширины контура Q- ветви полосы vi метана в среде гелия при вариации давления и концентрации.
Основным методом по определению состава ПГ является метод газовой хроматографии. Однако он обладает рядом недостатков, таких как низкое быстродействие, отсутствие возможности анализа всех компонентов газа в рамках одного хроматографа, деградация разделительных колонок, дорогостоящее оборудование, к которому предъявляются большие требования и т.д. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) лишен этих недостатков. Развитие оптических технологий в сторону повышения мощности лазерных источников и увеличения чувствительности детекторов делает спектроскопию КР актуальной на данный момент. Высокое быстродействие, одновременный анализ всех компонент и малогабаритность оборудования обеспечивают проведение анализа ПГ in situ. Условия проведения данного анализа предполагают вариацию давления и концентраций компонентов ПГ в широком диапазоне, что оказывает непосредственное влияние на спектр КР.
Доминирующим компонентом в составе ПГ является простой углеводород - метан (CH4) - он занимает около 70-98% от всего состава. Остальная часть приходится на тяжелые углеводороды и другие газы (водород, кислород, инертные газы и т.д.). При исследовании методом спектроскопии КР наблюдается перекрытие спектра метана со спектрами других компонентов. Гелий, содержание которого в ПГ может достигать 7%, являясь атомарным газом, не имеет своего спектра КР. Несмотря на это, он оказывает значительное влияние на форму спектральных линий метана. Отсутствие оценки данного воздействия ведет к неверному определению концентраций компонент и снижению точности метода.
Решением данной проблемы может служить моделирование спектра метана в широком диапазоне давлений и температур. Для этого, помимо интенсивностей и частот, необходимы такие спектральные параметры, как коэффициенты уширения и сдвига давлением. Данные величины хорошо определены в спектроскопии инфракрасного поглощения и объединены в единую базу данных Hitran. Интенсивности и частоты для спектроскопии КР имеются в открытой базе данных MeCasDa. Однако работы по
определению коэффициентов уширения и сдвига из КР отсутствуют, как и какие-либо данные по уширению в базах данных. Таким образом, целью данной работы является исследование влияние гелия на спектр метана при вариации давления и концентрации. В соответствии с данной целью ставятся следующие задачи: зарегистрировать спектры КР диады и пентады метана в среде гелия при вариации давления и концентрации, определить коэффициенты уширения и сдвига колебательно-вращательных линий метана полос v2, v3 давлением метана и гелия, установить зависимость положения и полуширины контура Q- ветви полосы vi метана в среде гелия при вариации давления и концентрации.
✅ Заключение
В ходе данной работы с целью исследования влияния гелия на спектр КР метана были выполнены следующие задачи:
1) определены коэффициенты уширения давлением CH4-CH4 и CH4-He для колебательно-вращательных линий полос v2, v3 в зависимости от вращательного квантового числа J;
2) получены коэффициенты сдвига давлением CH4-CH4 и CH4- He для линий полос v2, v3;
3) найдена зависимость положений и полуширины для Q-ветви полосы v1 метана от давления и концентрации гелия.
Полученные данные позволяют моделировать спектр метана при давлениях до 50 атм, а также учесть влияние гелия на форму спектральных линий метана. Это позволяет улучшить точность определения концентрации компонентов природного газа. Высокую значимость имеет найденная зависимость положения и полуширины контура Q-ветви полосы v1 от давления и концентрации, что позволило бы в дальнейшем определять концентрацию гелия в составе природного газа, зная только давление и полуширину или положение Q-ветви v1.
Результаты, полученные в рамках данной работы по Q-ветви полосы v1, опубликованы в журнале «Оптика атмосферы и океана»:
Таничев А. С., Петров Д. В., Матросов И. И., Шарыбкина К. К. Влияние гелия на спектр комбинационного рассеяния метана в диапазоне 2500-3300 см-1. // Оптика
атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 05. С. 329-333. DOI: 10.15372/А0020210503
1) определены коэффициенты уширения давлением CH4-CH4 и CH4-He для колебательно-вращательных линий полос v2, v3 в зависимости от вращательного квантового числа J;
2) получены коэффициенты сдвига давлением CH4-CH4 и CH4- He для линий полос v2, v3;
3) найдена зависимость положений и полуширины для Q-ветви полосы v1 метана от давления и концентрации гелия.
Полученные данные позволяют моделировать спектр метана при давлениях до 50 атм, а также учесть влияние гелия на форму спектральных линий метана. Это позволяет улучшить точность определения концентрации компонентов природного газа. Высокую значимость имеет найденная зависимость положения и полуширины контура Q-ветви полосы v1 от давления и концентрации, что позволило бы в дальнейшем определять концентрацию гелия в составе природного газа, зная только давление и полуширину или положение Q-ветви v1.
Результаты, полученные в рамках данной работы по Q-ветви полосы v1, опубликованы в журнале «Оптика атмосферы и океана»:
Таничев А. С., Петров Д. В., Матросов И. И., Шарыбкина К. К. Влияние гелия на спектр комбинационного рассеяния метана в диапазоне 2500-3300 см-1. // Оптика
атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 05. С. 329-333. DOI: 10.15372/А0020210503
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.