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《中国工程物理研究院》 2007年
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射流式单重态氧发生器的气液两相模型研究

苏华  
【摘要】: 单重态氧O_2(~1△)发生器(Singlet Oxygen Generator,SOG)是氧碘化学激光器(COIL)的重要组件。O_2(~1△)发生器的工作性能直接影响到化学氧碘激光器的工作效率。因此,研究O_2(~1△)发生器的动力学理论及其模型对于发生器的优化设计有重要的指导作用。目前,可以较好的应用于工程的单重态氧发生器主要有两种:射流式和均匀液滴式。由于前者结构较为简单,易于建模,故本文选择射流式单重态氧发生器(JSOG)作为研究对象。 本文采用以数值模拟为主的研究手段,针对JSOG建立了气液两相理论模型,通过数值计算验证了模型的可行性,分析了发生器内的动力学过程,讨论了实验参数对发生器性能的影响,可为JSOG工作参数的优化提供理论支持。论文的主要工作和特色如下: 1.通过充分地调研和分析,确定了能描述JSOG内化学反应过程的反应动力学模型,并选定了各化学反应的化学反应速率常数;确定了JSOG模型中要考虑的组分,并给出了描述其物理化学性质(扩散系数、Henry常数和粘性系数等)的可靠参数体系。 2.通过一些合理的近似和假设,针对逆流型JSOG建立了直角坐标系下的气液两相模型(TPM),并分析了TPM与一维简化模型的区别与联系;通过数值计算验证了模型的可行性,发现了决定发生器动力学过程类型的主要因素,并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。 3.在TPM中考虑了热效应及其对组分物理化学性质和发生器性能的影响,首次计算了气液两相温度和气相中的水蒸气含量,讨论了各个热力学过程对发生器内温度场的影响。 4.通过数值模拟,分析了各个实验参数对发生器Cl_2利用率、O_2(~1△)产率、化学效率以及温度场的影响,可为JSOG工作参数的优化提供理论支持。 5.针对逆流型JSOG建立了柱坐标系下的气液两相模型(CTPM),通过数值计算验证了模型的可行性;这一模型较之TPM更接近于JSOG的实际工况,为下一步建立单重态氧发生器的工程应用型模型奠定了基础。 此外,本文还在附录里介绍了求解偏微分方程的傅立叶变换法,以及TPM和CTPM中的相关数值算法。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O359.1;TN241

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1 苏华;射流式单重态氧发生器的气液两相模型研究[D];中国工程物理研究院;2007年
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