超音速化学氧碘激光器内流动与光能提取耦合仿真

 针对超音速化学氧碘激光器,实现了包含化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真。完善了流体力学计算与波动光学计算的耦合方法,解决了耦合计算中各物理参量有效传递及收敛判据选取等问题,根据具体的激光器参数,完成了耦合仿真。耦合计算体现了腔内光场与包含化学反应的超音速流场相互作用的机制,能够反映出有源腔中振荡光场的衍射和光能提取对流场所带来的影响,计算结果包含激光器流动过程、化学过程及光学过程的诸多工作参量。     

射流式氧发生器的三维模拟研究

实现了对射流式氧发生器的三维仿真模拟,给出了氧发生器内部流场结构、各组分的分布状态等信息。研究了射流孔结构对氧发生器性能的影响。指出即便是具有相同比表面积的不同射流孔排布方式,也会对发生器性能产生影响。此外,逆向射流式氧发生器反应器中气体从双侧进入对于减小发生器对气体的阻力具有重要作用。     

载气密闭循环氧碘化学激光技术模拟实验研究

载气密闭循环氧碘化学激光器技术是一种有望大幅减小氧碘化学激光器体积和降低运行成本的技术,然而至今鲜见相关实验报道。采用超音速喷管加双螺杆真空泵建成了模拟实验装置,并通过测量超音速喷管前后和双螺杆真空泵出入口处的气动参数的方法开展了载气密闭循环氧碘化学激光器的可行性研究和工作稳定性模拟实验研究。模拟实验研究结果证明了该技术的可行性,发现并分析了其光腔压力随双螺杆真空泵转速提高而出现压力拐点的现象,确定了其稳定运行工作条件,为实现载气密闭循环氧碘化学激光器的真正运行和小型化奠定了良好的基础。     

化学氧碘激光器内流场亚跨超音速混合的大涡模拟研究

 利用大涡模拟对化学氧碘激光器内的亚跨超音速混合过程进行模拟分析,其结果表明了大涡模拟对这种低压、低密度、亚跨超音速及夹杂多种介质的化学流场的可执行性。与传统的雷诺平均仿真结果相比较,大涡模拟能掌握更多的流场细节数据,能够对混合过程进行精准地判断和分析。在此基础上,提出了碘流反向45°入流的设计方案以增强混合程度,计算表明采用此种方案在相应出光面上平均小信号增益系数提高了5%。     

超音速化学氧碘激光器光腔扩张角

 在超音速化学氧碘激光器的设计中,为了削弱光腔部分的化学反应放热对激光器出光的负面效应,在光腔部分通常加入一扩张角。为了研究这一扩张角对激光器内流场的作用,根据kW级超音速化学氧碘激光器的实验平台,数值模拟了激光器内超音速混合喷管至光腔部分的流动过程,解析了光腔扩张角对内流场的流动参量和化学增益的影响,从维持压强和温度稳定性方面比对分析了不同扩张角度的性能,并探索了喷管高度和扩张角之间的规律。结果表明：此kW级超音速化学氧碘激光器的合理光扩张角度为4.5°。