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%。     

射流式单重态氧发生器研究

单重态氧O2 (a1Δg)是迄今唯一能用纯化学反应高效产生的具有长寿命的亚稳激发态分子 .为了考察提出的用两个O2 (1Δ)能量汇集反应生成氧第二单重激发态O2 (b1Σ+ g)以实现近可见短波长化学激光方案的现实性 ,设计和实验了一个氯流量为 3～ 10mmol/s的射流式单重态氧发生器 (JSOG) .考察了三种具有不同孔径和孔数目的喷头、氯气流量和脱水冷阱温度等对JSOG出口的O2 (1Δ)浓度、O2 (1Δ)分压、氯利用率及水蒸气含量的影响 .发现用聚氯乙烯管作冷阱时 ,最佳冷阱介质温度为 - 140～ - 15 0℃ ,对此提出了O2 (1Δ)表面脱活与脱水互相竞争的解释 .在最佳条件下 ,可将O2 (1Δ)气中水分压降低至 4Pa ,这一结果是首次报导     

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。     

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。     

射流式单重态氧发生器的工作稳定性实验

实验研究了BHP的化学稳定性以及射流式SOG稳定工作的判据,为射流式SOG的研究提供了实验依据。通过理论研究和实验数据的综合分析,给出了单排孔进气结构射流式单重态氧发生器稳定工作的判据vg/vj≤2。提高射流式SOG的BHP驱动压力,以提高射流的速度是提高Cl2摩尔流量也即单重态氧发生量的有效手段。     

射流式单重态氧发生器的工作稳定性实验

 实验研究了BHP的化学稳定性以及射流式SOG稳定工作的判据,为射流式SOG的研究提供了实验依据。通过理论研究和实验数据的综合分析,给出了单排孔进气结构射流式单重态氧发生器稳定工作的判据vg/vj≤2。提高射流式SOG的BHP驱动压力,以提高射流的速度是提高Cl₂摩尔流量也即单重态氧发生量的有效手段。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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%.     

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。