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氮稀释气体氧碘化学激光3维喷管流动模拟

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薛社生 李守先 束小建

北京应用物理与计算数学研究所,北京100088

强激光与粒子束
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国际标准刊号:ISSN 1001-4322
国内统一刊号:CN 51-1311

摘  要:

应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟。给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点。结果发现:氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快。模拟结果提示:改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善。[著者文摘]

氮气作为稀释气体受到氧碘化学激光(COIL)器设计与理论研究者的极大关注[】]。由于氮气比氦气价格低,及新型压力恢复系统——低温分子筛吸附泵的使用要求,使得以氮气取代氦气作为载气成为新的技术研究方向。数值模拟是研究COIL喷管流动的经济有效的工具。目前,利用3维可压缩N—S方程,数值模拟喷管内多组分气体的混合与反应,是研究工作的重要目标E ]。D.L.CarrolE明给出了GASP的模拟结果,吴宝根等[7]、房本杰E 、胡宗民E妇用FLUENT和其它方法程序模拟了氮气作为载气的喷管流动。本文用自己开发的3维程序,模拟基于RADICL装置的氮气作为稀释气体的流动,给出了合适的主副气流匹配条件,比较了氮气与氦气条件下气流速度、增益分布、碘的离解等差别,得到了氮气作为载气的一些重要特征。1 物理数学模型COIL喷管流动是多组分混合气体从亚声速到超声速的流动。随着碘蒸汽从亚声速区侧壁小孔的横向喷人,流场呈现出复杂的3维混合。在超声速段,伴有强的碘离解、泵浦......
High Power Laser and Particle Beams

分 类 号:

TN248.5

文献标识码:

A

文章编号:

1001-4322(2007)03-0386-05

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[参考文献]

Simulation of 3D chemical oxygen-iodine laser nozzle-flows with nitrogen diluent

XUE She-sheng, LI Shou-xian, SHU Xiao-jian (Beijing Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, P. O. Box 8009, Beijing 100088, China)

Abstract:

Numerical simulation of chemical oxygen-iodine laser(COIL) flows with nitrogen diluent based on RADICL setup was carried out. A finite-volume code was used to solve 3D compressible N-S equations with 10 components, 13 non-equilibrium chemical reactions. The condition for the secondary flow to match the primary flow was obtained, and the proper penetrationdepth of the secondary flow was found. As a result, the rate between the secondary and the primary dynamic pressures was about 13.0. Simulation showed that gases flow slower and stay longer in the region of the nozzle and the iodine molecules dissociate faster with nitrogen diluent than that with helium diluent. It was found that the gain has a big peak near the throat of the nozzle, and decreases rapidly downstream. It showed that moving the secondary inlets downstream, a proper gain distribution would be obtained.[著者文摘]

Key words:

Chemical oxygen-iodine laser; Nitrogen diluent; Numerical simulation; Gain distribution; Nozzle

收稿日期: 2006-05-26
修订日期: 2006-11-08

基金资助:

中国工程物理研究院基金资助课题

作者简介:

薛社生(1965-),男,博士,主要从事流体动力学数值模拟研究;xue_shesheng@iapcm.ac.cn.

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