DF-HF激光器新型氣膜冷卻式噴管的數(shù)值模擬和理論設(shè)計(jì).pdf

1、提高大功率連續(xù)波DF/HF激光器的運(yùn)行可靠性是目前面臨的研究課題之一，針對現(xiàn)有大功率連續(xù)波DF/HF化學(xué)激光器增益發(fā)生器噴管存在的喉道燒蝕問題，考慮采用在熱防護(hù)和化學(xué)防護(hù)方面具有優(yōu)勢的氣膜冷卻法，實(shí)現(xiàn)對噴管壁面及喉部壁面的保護(hù)。
　　本文對以節(jié)流孔控制氣膜流量的氣膜冷卻式噴管進(jìn)行建模，并圍繞其流場參數(shù)分布展開模擬，主要模擬分析了氣膜流量的變化和氣膜狹縫寬度的變化對噴管流場參數(shù)的影響。模擬結(jié)果顯示，氣膜在一定程度上保護(hù)了噴管壁面，并

2、且隨著氣膜流量的增加，壁面處的He含量增高、溫度下降、氣膜保護(hù)效果增強(qiáng)。但因?yàn)镠e氣膜的稀釋降溫作用，氣膜流量不能取太大。另一方面，氣膜狹縫寬度的改變并沒有給流場參量帶來大的變化，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)合理選取即可。更重要的是，通過分析主氣流和氣膜之間的相互作用，得到了主氣流和氣膜的理論喉道寬度與噴管物理喉道寬度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，這可為新型噴管的喉道參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考，也是本文的工作難點(diǎn)。在噴管收縮段的水冷區(qū)域，外表面和高溫的主氣流及低溫的氣膜直

3、接接觸，內(nèi)部有冷卻水通過，溫度分布相對復(fù)雜。本文針對該區(qū)域進(jìn)行建模，通過模擬分析該區(qū)域的溫度場分布和水冷卻效果。結(jié)果表明，冷卻水的流速過低會導(dǎo)致其出口水溫過高甚至超過沸點(diǎn)。從這一點(diǎn)出發(fā)，找出了在模擬設(shè)定的參數(shù)下對應(yīng)的合適水流速和水流量，為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了方法借鑒和數(shù)據(jù)參考。最后，在某激光器試驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文模擬得到的相關(guān)結(jié)果，對燃燒室噴注器、燃燒室、噴管、點(diǎn)火器、氣膜供氣通道中的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及供氣流量參數(shù)