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无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

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孙英英 吴宝根 姜宗林

中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室,北京100080

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:

以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件,对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟,得出了各流场参数分布;对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析;研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明:对于主流无缓冲气的COIL,等截面扩压器具有较好的压力恢复性能;增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高,然而,较高的背压使激波串向光腔方向移动,从而使光腔流场受到干扰,影响光腔的光束质量。[著者文摘]

简称COIL)中,进入光学谐振腔(简称光腔)的气流马赫数Ma在2左右,气流静压很低,一般只有几百Pa。为使光腔出的尾气能够顺利排出,光腔后需要连接压力恢复系统。对于无缓冲气COIL,压力恢复系统由扩压器和低温吸附装置构成。扩压器的作用是使光腔排出的超声速气流减速增压。扩压器的性能和尺寸大小对于COIL的成功运行至关重要,因为扩压器有可能对光腔压力产生不利影响,从而进一步影响激光器的输出功率。在一个空间有限的运载工具或测试场所内,应当将扩压器设计得尽可能小和紧凑,同时仍然保持其最佳性能。与超声速风洞的扩压器相比,COIL的扩压器具有许多根本的特殊性。这主要是因为COIL扩压器内部气流的雷诺数Re低(10。~1O 量级),激光介质的物理特性,以及物理化学非平衡[1]。在COIL扩压器中,超声速气流的减速增压过程是通过气流中产生的斜激波与边界层的相互作用来实现的。激波与边界层的相互作用是边界层分离以及具有高湍流强度的亚声速区形成的原因。由于湍流的作用,亚......
High Power Laser and Particle Beams

分 类 号:

TN248.5

文献标识码:

A

文章编号:

1001-4322(2007)08-1247-04

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[参考文献]

Flow field numerical simulation for the diffuser of COIL without primary buffer gas

SUN Ying-ying, WU Bao-gen, JIANG Zong-lin (Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China)

Abstract:

Using the average parameters at the outlet of a mixing nozzle calculated based on experimental data of a chemical oxygen-iodine laser(COIL) apparatus without primary buffer gas as input conditions, the flow fields from the inlet of optical cavity to the outlet of diffuser for six different diffuser configurations were numerically simulated. Contours of different flow field parameters such as Mach number, static pressure, and total pressure etc. were obtained. The flow field characteristics and the total pressure recovery performance for different diffuser configurations were analyzed. The effect of back pressure at the diffuser outlet on flow field parameters was also studied. The results indicate that the diffuser with constant cross section has better pressure recovery performance for COIL without primary buffer gas; and the pressure recovery performance of a diffuser can be improved by means of increasing the diffuser back pressure. However, the shock train region may move towards the optical cavity under higher back pressure, as a result, the flow field inside the optical cavity may be disturbed and the laser beam quality may be affected.[著者文摘]

Key words:

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

收稿日期: 2006-09-29
修订日期: 2007-04-16

基金资助:

国家863计划项目资助课题

作者简介:

孙英英(1970-),女,助理研究员,研究方向为流体力学;yysun@imech.ac.cn。

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