Неравновесное расширение углекислого газа при температурах торможения до 1200 К

Представлены результаты экспериментального исследования влияния процессов колебательной релаксации и конденсации на расширение CO$_2$ в свободной струе за звуковым соплом. Особенности неравновесного расширения CO$_2$ изучались на основе измерения локальной плотности на оси струи с помощью электронного пучка. Подогрев газа осуществлялся в омическом подогревателе. Измерения производились на расстояниях 12, 20, 30 калибров от среза сопла в диапазоне температур торможения 300–1200 К и значений $p_0d$ = (1-18) $\times$ 10$^2$ мм рт. ст. мм. Хотя в области замороженных релаксационных процессов расширение происходит с $\gamma$ = 1,4, роль зоны с релаксацией существенна. Изменение температуры и давления заметно влияет на распределение относительной плотности на оси струи в сверхзвуковой области. Плотность на оси струи соответствует расширению с эффективным показателем адиабаты, меньшим $\gamma$ = 1,4. Зависимость относительной плотности (плотность в точке измерения, отнесенная к плотности в форкамере) в точке на оси струи от температуры торможения представляет кривую с максимумом в области 550 К. При температуре торможения, меньшей 550 К, конденсация газа, а при температуре, большей 550 К, колебательная релаксация приводят к уменьшению относительной плотности. Приводится сравнение полученных результатов с результатами теоретических расчетов. Обнаружена сильная зависимость полосы 2890 $\mathring{\mathrm{A}}$ (переход $B^2\Sigma_u\to X^2\Pi_g$) в спектре CO$_2$, возбужденном электронным пучком, от температуры, что может быть использовано для измерения колебательной температуры в потоке углекислого газа.