超音速氧碘化学激光实验研究

在一台5kW超音速氧碘化学激光器装置上采用转网式单重态氧发生器,在Cl2流量为150mmol/s时输出功率已超过1kW,提出了简化预混的超音速氧碘化学激光理论模型。     

超音速氧碘化学激光一维预混模型

本文考虑了DOIL体系中关键的化学动力学过程,建立了一维预混简化模型,计算了超音速COIL中小信号增益、输出功率、体积比功率、化学效率等参量随腔压、腔温、工作物质配比的变化,并给出了超音速COIL最佳工作条件。     

化学氧碘激光器光腔中碘分子浓度的测量

依据Ｂｅｅｒ定律，采用双光路法，利用Ａｒ￣＋激光器的４８８ｎｍ线作为探测激光，对化学氧碘激光器光腔中的碘分子浓度进行了瞬时测量，详细地研究了化学氧碘激光器重要部件之一，激活介质的给体－腆池的工作性能对其他工作参数的依赖关系，并估计了ｋｗ级化学氧碘激光器的最佳氧碘配比约为９０：１．     

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级ＵＲ－９０腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验，测试结果表明。     

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级UR-90腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验,测试结果表明,UR-90腔是改善氧碘化学激光光束质量的重要手段。     

无加热氧碘化学激光器超音速喷管

针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题,初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料,并以kW级氧碘化学激光器为原型,以聚酰亚胺为例,对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,以验证此种非金属无加热喷管的可行性。结果表明：与金属喷管相比,非金属喷管在不加热保温的情况下能够有效阻止热量传递,防止碘蒸气冷却凝结,满足激光器喷管的使用要求。     

无加热氧碘化学激光器超音速喷管

针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题,初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料,并以kW级氧碘化学激光器为原型,以聚酰亚胺为例,对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,以验证此种非金属无加热喷管的可行性。结果表明:与金属喷管相比,非金属喷管在不加热保温的情况下能够有效阻止热量传递,防止碘蒸气冷却凝结,满足激光器喷管的使用要求。     

新兴的高能激光器——氧碘化学激光器

氧碘化学激光器是近年来国际上竞相研究的一种高能激光器．概述了氧碘化学激光器的基本原理、阐明了提高Ｏ_２（～１△）化学发生器的效率是提高氧碘化学激光器性能的关键；展望了氧碘化学激光器可能的应用前景，指出工业应用或许是氧碘化学激光器近、中期应用的重要方面；简单介绍了中国科学院大连化学物理研究所有关氧碘化学激光方面的研究工作．     

用FLUENT软件计算化学氧碘激光流场

用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,数值研究化学氧碘激光喷管形线,碘喷孔位置, 副流入口压力,O2(1Δ)初始产额,水蒸汽含量以及稀释气体对平均小信号增益系数沿流动方向分布的影响;并对大连化学物理研究所超音速化学氧碘激光的两次实验进行数值模拟,计算结果显示平均小信号增益系数与实验测试的摩尔功率趋势一致。     

用FLUENT软件计算化学氧碘激光流场

用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,数值研究化学氧碘激光喷管形线,碘喷孔位置, 副流入口压力, O2(1Δ)初始产额,水蒸汽含量以及稀释气体对平均小信号增益系数沿流动方向分布的影响;并对大连化学物理研究所超音速化学氧碘激光的两次实验进行数值模拟,计算结果显示平均小信号增益系数与实验测试的摩尔功率趋势一致。     

化学氧碘激光器的诊断

将化学氧碘激光器(COIL)本身的诊断分述为流场特性诊断、气流混合诊断、增益介质诊断和光腔诊断, 系统讨论了各种诊断的要求, 并分别讨论了各种诊断的基本原理及方法。     

氧碘激光器化学式碘发生装置的实验研究

针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况,通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化,得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论,明确了实验中CuI要大大过量,用氯气量控制碘量的原则,同时确定了适宜的起始反应温度。优化后,在近15 s时间内碘流量变化小于15%,显示出了较好的供碘稳定性,此时CuI的转化率为23%。     

连续波氧碘化学激光器腔内散射损耗测量

连续波氧碘化学激光是利用化学方法产生的介稳态O_2(~1△)与基态碘原子共振传能,产生波长1.315μm的碘激光。介稳态O_2(~1△)在生成后离开发生器时,带有一定量的水蒸汽,必须冷却除去水分,否则对激光器性能影响很大,但过冷会使水蒸汽变成“冰晶微粒”进入光腔,增加光腔内的散射损耗。本文采用双光路法,利用He—Ne激光器作为探测激光,对O_2(~1△)在冷却过程中是否出现“冰晶微粒”并带入光腔内,造成散射损耗进行了测量,测得的散射损耗小于1％。这说明O_2(~1△)经过冷阱后进入光腔的质量非常好,这个结果也为今后光腔设计提供了一个腔内散射损耗的数据。     

脉冲氧碘化学激光器的动力学模拟研究

根据氧碘化学激光器的反应机理建立了一维预混脉冲出光理论模型,从理论上研究了碘原子密度、单重态氧密度及产率、其他组分密度和光学参量(输出耦合率、增益长度等)对单脉冲能量及脉宽的影响.分析了影响单脉冲能量和激光脉宽的内部动力学过程.讨论了出光过程中增益开关效应.计算的结果为优化脉冲氧碘化学激光器提供了理论依据.     

翼片扰动对COIL超音速平行流混合的影响

氧碘混合过程是化学氧碘激光器(COIL)中的一个重要步骤,氧碘混合质量直接决定着COIL的运行效率和光束质量。采用化学荧光法,研究了两种不同结构的扰动翼片组对COIL超音速平行流混合过程的影响。实验结果表明,1#扰动翼片组对氧碘超音速平行流的混合增强效果明显,其荧光区达到主气流中心线所经历的流向距离大幅缩短,碘解离区内的荧光区与测试区的面积比相对于无混合扰动时提高了4.2倍;采用2#翼片组扰动混合时,流向距离值进一步缩短了40%~60%,碘解离区内的面积比值又提高了20%~40%。氧发生器有/无主载气条件(2#翼片组)下的混合过程比较显示后者混合效果更好。     

电激励O2（a1Δg）发生器的实验研究

在纯氧,及氧气和氩气的混合气体情况下,对射频放电产生O2（a1Δg）进行了实验研究。射频频率为13.56MHz,额定功率500W,放电压力133.0~399.0Pa, 氧气流量最大为1.4mmol/s, 氩气流量为2.1mmol/s。研究了O2（a1Δg）产率随气体流量、放电气压以及混合气体放电条件的变化。O2（a1Δg）产率最大值约为17.5%。     

氧碘化学激光器中转盘式单重态氧发生器研究

通过对单重态氧发生器（SOG）内的传质、传热及化学动力学过程的研究,提出高效SOG的设计原则,并研制出一台可用于高功率超音速氧碘化学激光器（COIL）的SOG, 其Cl2流量在0.6~1mol/s时,O2(1Δ)分压可达333.3~519.9Pa;O2(1Δ)浓度达到50%~68%;Cl2利用率大于90%;混合气中水蒸汽含量小于10%。     

氧碘化学激光器废气排放污染评价

氧碘化学激光器运行过程中会将氯气、碘蒸气等有毒有害物质排入大气,对工作场所空气质量和人员健康存在安全隐患。采用点源扩散的高斯模式,建立了小风条件下氧碘化学激光器废气的扩散模型,结合工作场地人员分布情况,计算得到激光器废气排放后15 min内,距地面1.5 m高度、距排放点500 m范围内废气中有毒成分氯气和碘的质量浓度空间分布。根据质量浓度空间分布情况,选取采样点,以Na2SO3溶液作为吸收液对氯气和碘进行了同时采样,并采取离子色谱测量了吸收液中氯离子和碘离子的质量浓度。结果表明：氧碘化学激光器废气排入大气后,氯气质量浓度最高为0.200 mg/m3,碘蒸气质量浓度小于检测方法的检出限0.030 mg/m3,低于国家职业卫生标准规定的最高容许质量浓度限值1 mg/m3。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

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。