Pada dasarnya, pengukuran Rayleigh digunakan sebagai metode yang efektif untuk mengukur haba dan kadar gas dalam lingkungan konstan volume combustion. Dalam penelitian ini, kita menggunakan teknologi Rayleigh untuk mengukur signal dari jet bahan bakar diesel yang disemprotkan ke dalam lingkungan inert.
Dalam pengukuran ini, kita menggunakan persamaan-persamaan berikut:
$$N_0 = \frac{P}{RT}$$
dan
$$\sigma(\lambda) = \frac{\pi e^2}{mc}$$
Di mana N0 adalah jumlah molekul yang tersebar pada STP, P adalah tekanan, R adalah konstanta gas ideal, T adalah suhu, λ adalah panjang gelombang, m adalah massa atomik, dan e adalah muatan listrik.
Dalam Table 4.6.1 di bawah ini, kita menampilkan nilai untuk gas-gas dan bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini.
Table 4.6.1
| Gas/Bahan Bakar | Rayleigh Cross-section (cm²) | Refractive Index (n) | Depolarization Ratio (π/2) |
|---|---|---|---|
| N₂ | 5,61 x 10⁻²⁷ | 1,0003 | – |
| O₂ | 3,56 x 10⁻²⁷ | 1,00032 | – |
| CO₂ | 2,96 x 10⁻²⁷ | 1,00036 | – |
| Diesel Fuel | – | – | – |
Dalam lingkungan konstan volume combustion, diesel spray disemprotkan ke dalam lingkungan inert yang terdiri atas gas-gas dengan komposisi yang diketahui (lihat Fig. 4.6.1). Dengan demikian, proses pembakaran dapat ditiadakan dan hanya proses vaporisasi bahan bakar yang terjadi.
Kelebihan lain dari menggunakan teknologi Rayleigh dalam lingkungan konstan volume combustion adalah kemampuan untuk mengukur signal dari lingkungan inert dan jet bahan bakar secara bersama-sama (lihat Fig. 4.6.1). Pengukuran signal dari lingkungan inert di luar jet memungkinkan penyesuaian untuk beam steering dan varianasi distribusi laser yang terjadi pada setiap shot.
Figure 4.6.1
Dengan menggunakan persamaan-persamaan di atas, kita dapat menulis signal Rayleigh dari lingkungan inert sebagai berikut:
$$I_a = N_{a,o} \sigma_a$$
Di mana Na,o adalah jumlah molekul lingkungan inert dan σa adalah koeffisien lintasan Rayleigh yang ditimbang molefraksi.
Dalam region vapor jet, signal Rayleigh dihasilkan oleh laser beam yang sama dan dari campuran biner antara lingkungan inert dan uap bahan bakar (Nmix = Na + Nf).
Dengan demikian, kita dapat menulis persamaan untuk signal Rayleigh dalam region ini sebagai berikut:
$$I_j = N_{a} \sigma_a X_a + N_f \sigma_f X_f$$
Di mana Na dan Nf adalah jumlah molekul lingkungan inert dan uap bahan bakar, serta Xa dan XF adalah fraksi molekul dari lingkungan inert dan uap bahan bakar.
Dengan menggunakan prinsip ideal gas, kita dapat menulis persamaan berikut:
$$\frac{N_{mix}}{N_{a,o}} = \frac{T_a}{T_{mix}}$$
Di mana Ta adalah suhu lingkungan inert dan Tmix adalah suhu campuran bahan bakar-lingkungan inert.
Dengan demikian, kita dapat menyelesaikan persamaan-persamaan di atas untuk mengukur nilai Na/Nf.
Koreksi Beam Steering
Dalam pengukuran ini, kita juga menggunakan koreksi beam steering yang dikembangkan untuk mengakibatkan instantaneous image of laser intensity variations throughout the near-uniform ambient. Kita dapat menyelesaikan persamaan-persamaan di atas untuk mengukur nilai Na/Nf.
Dalam penelitian ini, kita menggunakan teknologi Rayleigh untuk mengukur signal dari jet bahan bakar diesel yang disemprotkan ke dalam lingkungan inert. Dengan demikian, kita dapat mengukur haba dan kadar gas dalam lingkungan konstan volume combustion.