VICON程序模拟氧碘化学激光器3维喷管流场的可行性探讨

用VICON程序对化学氧碘激光器(COIL)喷管冷流场进行了3维模拟,得出的计算区几何较准确地反映了模拟装置的几何变化。主气流方向和副气流方向的分点数反映出了此2维平面内的气动特性,对不同流量的模拟结果对比分析得出穿透过度与穿透不够一样,致使主副气流混合不好。对带化学反应的情况进行了模拟,显现出副气流从喷孔出来后穿进主气流的马蹄形结构的变化过程,这些说明VICON程序可用来模拟研究COIL喷管流场特性。     

氮稀释气体氧碘化学激光3维喷管流动模拟

应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟。给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点。结果发现：氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快。模拟结果提示：改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善。     

氮稀释气体氧碘化学激光3维喷管流动模拟

 应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟。给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点。结果发现：氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快。模拟结果提示：改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善。     

氧碘化学激光器中混合现象的数值模拟

给出了基于气体动力学、化学动力学和激光物理学的氧碘化学激光器理论模型,并对氧碘化学激光器中的混合现象进行了三维数值模拟,所得结果与文献上类似模拟结果一致。     

氧碘化学激光器中混合现象的数值模拟

 给出了基于气体动力学、化学动力学和激光物理学的氧碘化学激光器理论模型,并对氧碘化学激光器中的混合现象进行了三维数值模拟,所得结果与文献上类似模拟结果一致。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

 采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

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。     

氧碘化学激光器中混合现象的数值模拟

给出了基于气体动力学、化学动力学和激光物理学的氧碘化学激光器理论模型,并对氧碘化学激光器中的混合现象进行了三维数值模拟,所得结果与文献上类似模拟结果一致。     

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

 COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm^-1的小信号增益系数。     

COIL超声速流动的水汽凝结效应数值模拟

 在开发的化学氧碘激光器3维化学反应流程序中增设水汽凝结功能,模拟了以氦气和氮气作稀释气体条件下,基于RADICL装置喷管中含水汽凝结的流动。模拟结果给出了水汽凝结形成的5种尺寸液滴的数密度分布及流场各物理量分布,比较了有无水汽凝结时气流的压力、温度、增益分布的变化。模拟结果发现,凝结使气流温度在靠近喉部的下游升高,增益峰值增高。     

气动激光器喷管非平衡流2维数值仿真

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合,采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J.S.Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好.解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题.对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。     

气动激光器喷管非平衡流2维数值仿真

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合,采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J. S. Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好,解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题,对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。     

Three-dimensional numerical thrust performance analysis of hydrogen fuel mixture rotating detonation engine with aerospike nozzle

The propulsive performance for an H₂/O₂ and H₂/Air rotating detonation engine (RDE) with conic aerospike nozzle has been estimated using three-dimensional numerical simulation with detailed chemical reaction model. The present paper provides the evaluation of the specific impulse (I_sp), pressure gain and the thrust coefficient for different micro-nozzle stagnation pressures and for two configurations of conic aerospike nozzle, open and choked aerospike. The simulations show that regardless of the nozzle, increase the micro-nozzles stagnation pressure increases the mass flow rate, the pre-detonation gases pressure and consequently the post-detonation pressure. This gain of pressure in the combustion chamber leads to a higher pressure thrust through the nozzle, improving the I_sp. It was also found that the choked nozzle increases the chamber time-averaged static pressure by 50–60% compared with the open nozzle, inducing higher performance for the same reason explained before.     

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm-1的小信号增益系数。     

Optimal design of a convergent-barrel cold spray nozzle by numerical method

A convergent-barrel (CB) cold spray nozzle was designed through numerical simulation. It was found that the main factors influencing significantly particle velocity and temperature include the length and diameter of the barrel section, the nature of the accelerating gas and its pressure and temperature, and the particle size. Particles can achieve a relatively low velocity but a high temperature under the same gas pressure using a CB nozzle compared to a convergent-divergent (CD) nozzle. The experiment results with Cu powder using the designed CB nozzle confirmed that particle deposition can be realized under a lower gas pressure with a CB nozzle.