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喷管、光腔及压力恢复系统一体化设计

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余真 李守先 陈栋泉

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:

对氧碘化学激光(COIL)系统的喷管和扩压器进行了3维数值模拟,对比分析了几种喷管和扩压器的设计方案,计算了从光腔入口到扩压器出口的气动力学过程。光腔内主副气流借助翼片辅助方法实现充分混合,翼片长0.77cm,宽0.254cm,满足气流混合要求。扩压器是1/4结构,即计算区域为入口截面高30mm、宽60mm的长方型,之后等截面延续500mm,然后宽度仍然不变,高度以4°角扩张,延续700mm,最终的出口截面高度为79mm。采用空气入射,入口处(光腔出口)马赫数3.2,静压1232Pa,温度110K;计算得到出口处总压13300 Pa,总温300K。结果表明:出口静压超出入口静压近10倍,该扩压器很好地起到了压力恢复的作用,而总压下降到1/4.5左右(从60648Pa到13300 Pa),从而能够减轻后续的引射器的工作压力。利用高光腔压力设计可以减少一级引射器,达到整个系统小型化设计的目的。[著者文摘]

COIL)在运行过程中,介质必须通过光腔进行混合及参与化学反应,其运行的光腔压力比较低,通常在532~1 330 Pa范围[1],为使废气排人大气,必须使用压力恢复系统。目前常用的压力恢复系统有扩压器、真空罐和真空泵系统,扩压器和引射器系统,低温吸附系统等。为了使化学激光器便于车载和机载,可供选择的是后两种系统,而扩压器和引射器技术最成熟,是最常用的技术之一。激光器、扩压器以及引射器组成COIL系统,传统方法设计的激光系统体积庞大,而扩压器和引射器又通常占据了系统的大部分体积和质量。由于在10 km高度以上的大气气压仅为0.2×10 Pa,只需一级引射器就可以达到引射效果,而在地面上,整个系统必须使用二级甚至三级引射器。总之,所有的激光系统都涉及到小型化问题,而通常的设计是将激光器和压力恢复系统分开来。本文将光腔、扩压器及引射器进行一体化考虑,以在保证光腔出光条件和出光效率的条件下,达到优化整个系统并实现小型化的目的。
High Power Laser and Particle Beams

分 类 号:

TN248.5

文献标识码:

A

文章编号:

1001-4322(2007)04-0533-05

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参考文献(4篇)  主题相关

[参考文献]

Integrative design of nozzle, cavity and pressure recovery system

YU Zhen, LI Shou-xian, CHEN Dong-quan (Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, P. O. Box 8009, Beijing 100088, China)

Abstract:

The 3-dimensional numerical simulation of nozzle and diffuser for COIL system is performed. Several nozzle and diffuser designs are compared and analzed. The gasdynamic process from cavity inlet till diffuser outlet is computated. The sufficient mixing of primary and secondary flows in cavity cart be reached by means of aiding tab, which is 0.77 cm× 0. 254 cm. The computational model of diffuser is the 1/4 construction, of which the input cross-section is 30 mm×60 mm. After keeping the same cross-section size till the length is 500 mm, the diffuser is continued with the same width and 4°divergent angle in height till the length is 700 ram. The final output area size of diffuser is 79 mm× 60 mm. The input (output of cavity) gas condition of diffuser is air with Mach number of 3.2, static pressure of 1 232 Pa and temperature of 110 K. The output condition is total pressure of 13 300 Pa and total temperature of 300 K. The results show that the output static pressure is more than 10 times high as the input one and this diffuser has very good pressure recovery capability. On the other hand, the total pressure decreases till 1/4.5 (from 60 648 Pa till 13 300 Pa), which can lessen the ejector's working load then. Using the high static pressure cavity design can at least remove one stage of ejector in order to miniaturize the whole system.[著者文摘]

Key words:

Chemical oxygen-iodine laser(COIL) ; Nozzle; Pressure recovery system; Diffuser

收稿日期: 2006-07-28
修订日期: 2007-03-21

基金资助:

中国工程物理研究院基金资助课题(20030438)

作者简介:

余真(1965-),女,副研究员,研究方向为流体力学和数值模拟;yu_zhen@iapcm.ac.cn。

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