射流式单重态氧发生器理论模型

 射流式单重态氧发生器(JSOG)是化学氧碘激光器十分重要的能源部分,它主要是通过解气相、液相扩散方程来求解发生器出口的氯的利用率和单重态氧的产率。在实际工作中的射流发生器非常复杂,其扩散方程和边界条件为非线性,非齐次边界条件,非齐次泛定方程组,求解难度较大。通过边界条件,采用试探解的方法,解得氯、总氧、单重态氧的气相、液相扩散方程,得到了氯的利用率,及单重态氧产率的解析解,与实验结果基本相符。     

射流式单重态氧发生器的气液两相耦合模型

 将气液两相耦合模型应用于射流式单重态氧发生器,通过数值模拟和实验的比较验证了该模型的可行性。分析了发生器工作参数对其动力学过程的影响,发现在保持其它参数不变的情况下,氯气和BHP溶液的相对浓度决定了发生器动力学过程的类型。给出了利用氯气吸收速率变化曲线判定发生器动力学过程类型的方法。在原有模型基础上考虑了热效应及其对模型参数的影响,计算了水蒸气的含量。模型改进后,模拟结果更接近于实验值。     

射流式单重态氧发生器的气液两相耦合模型

将气液两相耦合模型应用于射流式单重态氧发生器,通过数值模拟和实验的比较验证了该模型的可行性。分析了发生器工作参数对其动力学过程的影响,发现在保持其它参数不变的情况下,氯气和BHP溶液的相对浓度决定了发生器动力学过程的类型。给出了利用氯气吸收速率变化曲线判定发生器动力学过程类型的方法。在原有模型基础上考虑了热效应及其对模型参数的影响,计算了水蒸气的含量。模型改进后,模拟结果更接近于实验值。     

Supersonic diffuser for pressure recovery in SCOIL system

Classical supersonic chemical oxygen iodine laser (SCOIL) systems operate under a low total pressure of nearly 18 Torr (2400 Pa) with cavity pressure being in the range 3 Torr (400 Pa) and Mach number of 1.7. These systems handle high flow rates and hence an efficient supersonic diffuser (SD) is a critical first step towards an open-cycle operation, which may be followed by a multi-stage ejector system. The present study discusses the various aspects in the design of a supersonic diffuser for a twin 10 kW COIL module source which employs flow rates of 100 gs⁻¹ in each module. The results of computational studies based on 3-D, viscos compressible flow, k-ε turbulence formulation for the supersonic diffuser geometry have also been discussed. The experimental results from a single-module test of the supersonic diffuser show that a total recovered pressure of nearly 7 Torr is achieved at the diffuser exit.     

Supersonic COIL with angular jet singlet oxygen generator

Supersonic Chemical Oxy-iodine Laser has been developed using a Singlet Oxygen Generator (SOG) with a novel approach. Generated singlet oxygen is taken out of the SOG at an angle of 40° to avoid the problem of carry over of droplets, which is one of the major drawbacks of horizontal system. The system has been operated up to 22 mmol/s chlorine flow rates. Chlorine utilization and singlet oxygen observed have been more than 90% and 60%, respectively. The observed maximum output power was 350 W, thus yielding a chemical efficiency of 17.5%.     

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。     

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。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器中使用射流发生器成功地得到激光输出.     

横向射流式单重态氧发生器的性能实验研究

 对氧碘化学激光器的单重态氧发生器（SOG）进行了改进，采用横向射流方式，并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测。实验中过氧化氢碱溶液温度控制在－16℃左右,氯气流量为530mmol/s，He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量。得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下，最高单重态氧分子产率达到58%, 氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作。     

均匀液滴氧发生器液流破断的线性分析

在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。     

均匀液滴氧发生器液流破断的线性分析

 在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。     

Spray generator of singlet oxygen for a chemical oxygen-iodine laser

A spray type of singlet oxygen generator for driving the Chemical Oxygen-Iodine Laser was developed. Singlet oxygen, O₂(¹Δ_g), is generated by a fast reaction of chlorine with basic hydrogen peroxide solution in the form of a dense spray. A mathematical model of this reaction system showed that O₂(¹Δ_g) can be generated in this system with a high yield (0.70–0.80), high utilization of chlorine (0.75–0.95), and effective utilization of liquid (0.36–0.54) at very high generator pressures (35–75 kPa). Experimental studies of this reaction system without an efficient separation of liquid proved an efficient O₂(¹Δ_g) production characterized by a rather high product of chlorine utilization and O₂(¹Δ_g) yield (0.4–0.9) at very high generator pressures (30–80 kPa). This pressure is much higher than the operation pressure used in other generators, which should be beneficial for a pressure recovery system of the COIL. These results provided the basis for designing a centrifugal spray generator with an efficient separation of liquid from the gas flow, which is the subject of the following paper.     

喷射型单重态氧发生器性能研究

单重态氧发生器作为氧碘化学激光的核心部件,为化学激光器提供化学能。通过对工业喷射器及旋风分离器的研究,结合产生单重态氧的化学反应环境,进行了大量模拟及设计改进工作,研制了一种新型喷射型单重态氧发生器,并进行了相关实验研究。喷射型单重态氧发生器利用喷嘴能够产生比传统发生器类型更多的气液表面,获得足够的反应效率,可以大幅度降低发生器液体使用量,从而减小发生器辅助系统,提高体积效率。为满足O2（1）停留时间短及分离效率高的要求,利用气液两相喷射的高初速度以旋风分离器完成气液分离。新型发生器氯气利用率可达97%~99%,其O2（1）产率为40%~50%。     

喷射型单重态氧发生器性能研究

单重态氧发生器作为氧碘化学激光的核心部件,为化学激光器提供化学能。通过对工业喷射器及旋风分离器的研究,结合产生单重态氧的化学反应环境,进行了大量模拟及设计改进工作,研制了一种新型喷射型单重态氧发生器,并进行了相关实验研究。喷射型单重态氧发生器利用喷嘴能够产生比传统发生器类型更多的气液表面,获得足够的反应效率,可以大幅度降低发生器液体使用量,从而减小发生器辅助系统,提高体积效率。为满足O2（1）停留时间短及分离效率高的要求,利用气液两相喷射的高初速度以旋风分离器完成气液分离。新型发生器氯气利用率可达97%~99%,其O2（1）产率为40%~50%。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

小型射流发生器的实验研究

 通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

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%。     

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%。     

电激励O2（1△g）发生器的理论模拟研究

 建立了基于分子反应动力学的氧等离子体化学反应模型，该模型包括了电子与氧分子，以及氧原子与氧分子的碰撞反应过程。利用反应动力学理论计算并讨论了电激励O₂(¹△)发生器的放电参数，发现电子能量应小于2.5eV。电子浓度对O₂(¹△)产率的影响不大，当放电压力与气体线流速一定时，存在最佳的电子平均能量。