DOI: 10.1051/jp2:1991107
J. Phys. II France 1 (1991) 739-762

Absorption of radiation by gases from low to high pressures. I. Empirical line-by-line and narrow-band statistical models

J. M. Hartmann¹, J. P. Bouanich², C. Boulet² and M. Sergent<sup>2

1</sup>  Laboratoire d'Energétique Moléculaire et Macroscopique-Combustion (CNRS (UPR 288)), Ecole Centrale Paris, Grande Voie des Vignes, 92295 Châtenay-Malabry, France
²  Laboratoire de Physique Moléculaire et Applications (CNRS (UPR 136)), Université de Paris Sud, Campus d'Orsay, 91405 Orsay Cedex, France

(Received 11 January 1991, accepted in final form 10 April 1991)

Abstract
We present new models which provide satisfactory and low cost modeling of infrared absorption spectra of gases from low to high pressures. The first is a line-by-line approach based on simple and empirical corrections of the lorentzian shape which account for the effects of line-mixing and finite duration of collisions. It leads to satisfactory agreement with experimental infrared spectra in a wide density range. It is degraded for the deduction of a Generalized Narrow-Band Statistical Model (GNBSM) which enables very rapid computation of medium resolution radiative properties. The latter is an extension of the low density (i.e., when lines are much narrower than the considered spectral resolution) approach developed by Goody [1] ; it is based on a random representation of line-positions and statistical description of line integrated-intensities and leads to a very simple expression of spectrally averaged absorption properties of gases. It is consistent with previous low density models and requires computer times several orders of magnitude shorter than line-by-line calculations. Comparisons between degraded approaches, line-by-line models, and experimental results demonstrate the accuracy of the present models in cases where previously proposed approaches are very inaccurate.

Résumé
Nous proposons de nouveaux modèles qui permettent un calcul précis et peu coûteux de spectres d'absorption infrarouge de gaz des basses aux hautes pressions. Le premier est un calcul raie-par-raie fondé sur des corrections apportées au profil Lorentzien : celles-ci tiennent compte, de façon empirique, des effets des couplages de raies et de la durée finie des collisions. Les prédictions de ce modèle sont en bon accord avec des spectres d'absorption infrarouge expérimentaux dans un vaste domaine de pressions. Sa dégradation spectrale conduit à un Modèle Statistique à Bande Etroite généralisé qui permet le calcul rapide et précis de propriétés d'absorption à moyenne résolution. Ce dernier, qui est fondé sur des représentations statistiques des paramètres des raies d'absorption, est une extension de l'approche proposée par Goody [1] dans le cas des basses pressions. Des comparaisons entre les differents modèles et les résultats expérimentaux démontrent la fiabilité des approches développées dans des cas où les modèles proposés précédemmment sont très imprécis.

© Les Editions de Physique 1991