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以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究

房本杰  
【摘要】:在国内首次开展了以氮气为载气的氧碘化学激光器(简称N2-COIL)的研究,本研究是COIL 采用新型压力恢复系统? 低温分子筛吸附泵的前提条件,同时也是降低COIL 工业应用成本的必然要求。 根据氮气取代氦气作为载气对COIL 的影响的理论分析,对N2-COIL装置进行了自主的设计并进行了实验研究,同时,对喷管和光腔的反应流场进行了三维的CFD 数值模拟。主要研究结果如下:  1. 通过对装置结构参数和实验条件的设计与优化,N2-COIL 的化学效率达到22.7%,喷管出口功率密度达到74W/cm2, 达到了与以氦气为载气COIL 相当的水平,表明氮气取代氦气作为COIL 的载气是可行的。  2. 理论分析表明,大比表面积、小反应区体积的氧发生器是高效N2-COIL 的关键。采用独特的方管射流式单重态氧发生器,实验获得氯气利用率大于85%,单重态氧的产率达到65%,水蒸气分压低于总氧分压的10%。  3. 超音速氧碘混合喷管出口设计马赫数为2.5、亚音速段氧碘混合长度为4mm。这一独特的喷管设计适于以氮气为载气的COIL,三维数值模拟与实验结果表明,光腔流场的小信号增益系数大于1×10~(-2) cm~(-1)。 利用本文研制成功的2kW 级的新型N_2-COIL 激光器,成功实现了与低温分子筛吸附泵的对接实验。 另外,本文也进行了高总压N2-COIL 的初步研究,自主设计了引射式氧碘混合喷管,获得的光腔气流总压大于100×133Pa,马赫数大于2.6。 


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