强激光与粒子束第18卷第5期Vol.18,No.52006年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay,2006文章编号:1001-4322(2006)05-0741-05*引射式气帘对COIL流场参数的影响蔡光明刘军朱连贵王永振周志强李春领,,,,,(中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900)摘要:给出了氧碘化学激光器中,引射式气帘对激光器内各段压力与输出功率等参数的影响。研究结果表明:在COIL光腔中采用引射式气帘的作用方式,可以显著降低光腔段的总压损失,为激光器后的压力恢复系统减轻工作负荷;在高背压条件下,能够显著降低腔压,改善光腔静压的稳定性,提高激光器输出功率的稳定性。关键词:氧碘化学激光器;光腔;气帘;总压损失;压力恢复中图分类号:TN248.5文献标识码:A在氧碘化学激光器(COIL)中,光腔气流的稳定度决定了反应气流组份在光腔中体积分数分布的稳定性。体积分数越稳定,输出光束的功率越稳定。在5kW氧碘化学激光器的前期实验中,由实验结果可以明显地观察到在光腔内静压曲线均有一个先升高后降低的过程,如图1所示(θ为扩压器后阀门开度)。这是由于在光腔内(0～170mm)中光腔与光腔盒之间有一段空穴,主气流在通过光腔时不可避免地会在空穴处产生旋涡。而在光腔盒中存在气帘,气帘的作用是为了避免主气流中的介质在出光期间对腔镜造成损伤。气帘的气流在充满光腔盒后会沿光轴方向直接注入主气流,由于气帘气流的作用,使得旋涡向沿光轴方向外推,在光腔中相当于形成一个二次喉道,使得从喷管出来的主气流先收缩再扩张,因而在光腔内气流静压先升高后下降,并在光腔中所形成的二次喉道处静压产生一峰值[1-2]。为了减小空穴对光腔气流的不利影响,实验时在喷管出口两侧顺气流方向各增加一道引射式气帘。通过引射式气帘的引流作用,抑制光腔盒中气帘外推作用,将光腔中气流通道拓宽,并保证从碘喷管中出来的主气流不受阻碍,顺利进入下游扩压器。并在光腔中使气流总压损失降低,光腔FiG.1DistributionofstaticPressureinthecavityalonGtheflow静压变得更加平稳更有利于激光功率的提取,。图1光腔静压沿气流方向分布曲线气帘作用机理1引射式气帘首先应当具有稳定的初速度,并且气帘出口的静压要与光腔静压匹配,使气帘中的引射气流对光腔主气流不会产生大的扰动。因此在气帘气流进入光腔之前,必须保证气帘进气压力的恒定,在引射气帘装置前端,增加了一个气流缓冲罐,并通过一分二接管向光腔中的两道气帘同时供气,在保证来流上游压力的同时,并保证两道气帘的参数相同。图2为引射气帘装置的示意图。原始气帘装置位于光腔盒腔镜之前,主要起到保护腔镜不受主气流中介质污染的作用。其气流方向为环绕腔镜并斜向聚焦于光腔方向,使主气流中的介质不至于进入光腔盒。由于气帘气流方向与主气流方向垂直,且出光期间光腔的压力比气帘的压力低很多,会使主气流在该处横截面上产生收缩,形成一个“喉道”,使得在光腔中的气流速度发生较大的改变,导致反应介质分布不均匀。为改善此状况,通过在喷管出口两侧增加两道与主气流方向平行的超音速引射气流,出口压力与光腔主气流压力匹配,并使气流速度大于光腔气流速度,通过引射式气帘的引导,并对光腔盒出来的气流进行抑制,减轻其对光腔气流通道的影响,从而提高反应介质分布的均匀性。*收稿日期:2005-03-03;修订日期:2005-09-12基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:蔡光明(1975-),男,四川乐至人,学士,助理研究员,主要从事气动光学一体化研究;cGm5351@21cn.com。书247强激光与粒子束第18卷Fig.2Locationoftwotypesofgas-shadeinthecavity图2两种气帘在光腔中位置示意图喷管参数计算2输入条件:保持原有气帘气量为0.02mol/s,气体介质为高纯氮,喷管为喷孔。喷孔出口马赫数大于等于4,输出气流压力与光腔压力匹配,光腔压力为4×133～8×133Pa。由马赫数大于等于查表得[3]-3由此可得在55范围内44,:p/p0=6.586×10,p01.62×10～0.61×10Pa质量流量公式为[3]k+12*22(k-1)kpqm=()p1S,≤b(1)k+1ヘRT1p1式中*为气体质量流量为气体比热容之比为气体常数为气体温度为气体入口压力为气体:qm;k;R;T1;p1;p2出口压力;b为气体临界压力比;S为喷管喉道面积。由(1)式可以计算出喷管喉道的面积,并根据喷管面积计算喷孔数量。实验结果