[發(fā)明專利]用于橫向流注碘混合噴管實(shí)驗(yàn)研究的噴管模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210563266.8
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887684A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王增強(qiáng);回曉康;張?jiān)例?/a>;徐明秀;張朋;于海軍;汪健;房本杰;多麗萍;桑鳳亭;金玉奇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01S3/02
• 分類號: H01S3/02;H01S3/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于橫向流注碘混合噴管實(shí)驗(yàn)研究的噴管模塊。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件——噴管模塊的實(shí)驗(yàn)研究。

背景技術(shù)

目前常見的超音速氧碘化學(xué)激光器（COIL）一般采用碘及其載氣的進(jìn)氣方式是在噴管喉道上游的亞音速段注入。亞音速段注碘可以獲得較好的注入碘和主氧氣流的混合，并且在用氦氣高度稀釋的O2(a1Δ)氣流中實(shí)現(xiàn)I2的解離。這些增益介質(zhì)隨后在一個超音速噴管中膨脹，以降低氣流溫度，從而降低了實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)和正增益所要求的O2(a1Δ)的閾值產(chǎn)率。這一方法已經(jīng)在許多高效的COIL裝置上成功地得到了應(yīng)用。但是在亞音速注碘，相對于單重態(tài)氧發(fā)生器（SOG）氣流，碘及其載氣的流量是不可忽略的，因此碘及其載氣的注入會造成主氣流壓力升高及速度下降，同時由于噴管的亞音速段壓力較高而且離光腔的距離相對較遠(yuǎn)，因此亞音速段氧碘混合方案的激發(fā)態(tài)粒子猝滅損失較大，這就會影響氧碘化學(xué)激光器的運(yùn)行效率。

通過碘及其載氣在超音速段注入，可以避免由注入氣流產(chǎn)生的主氣流的壓力升高和速度下降，以減少O2(a1Δ)的猝滅過程，為下游激光提取提供更多的O2(a1Δ)。超音速段注碘的另一個優(yōu)勢是該方案更適合于非氦氣做載氣的COIL，如氮載氣COIL或二氧化碳載氣COIL。這些氣體做載氣的主要優(yōu)勢是成本較低，但是由于這些氣體的分子量都大于氦氣，因此其在管道內(nèi)的流速也相應(yīng)較慢，在這種情況下，如果仍然采用亞音速段注碘，會造成更大的O2(a1Δ)損失，因此在這種情況下，超音速段注碘是一個必然的選擇。此外超音速混合還有可能在腔內(nèi)獲得更均勻的功率分布，從而減小腔鏡變形對激光器性能表現(xiàn)帶來的影響。

對于超音速注碘方案主要有兩種：一種是超音速段橫向流注入，此方案用于COIL，取得了較高的化學(xué)效率；另一種是超音速平行流混合，以美國和日本的研究為主，該方案的一個重要應(yīng)用潛力是，可以把副氣流的馬赫數(shù)設(shè)計(jì)的很高，這樣有利于提高COIL的恢復(fù)壓力，對于提高COIL重量體積效率有重要的意義。但是到目前為止，采用超音速段注碘方案的COIL的發(fā)展還不成熟，有很多機(jī)理和技術(shù)問題還有待進(jìn)一步認(rèn)識和解決。正是基于此背景，本專利發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可用于任意設(shè)計(jì)的橫向流注碘混合噴管實(shí)驗(yàn)研究的模塊，這大大提高了該方面研究的效率，為全面系統(tǒng)了解和研究橫向流注碘混合噴管的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行參數(shù)提供了平臺。

發(fā)明內(nèi)容

一種用于超音速段橫向流注碘混合噴管實(shí)驗(yàn)研究的噴管模塊（圖3）。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件——噴管模塊的實(shí)驗(yàn)研究。該模塊通過一個可方便拆卸更換的噴管固定板，使得各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的噴管以及噴管喉道間距方便更換或調(diào)節(jié)。

用于橫向流注碘混合噴管實(shí)驗(yàn)研究的噴管模塊，包括模塊主體、噴管固定板、注碘噴管、碘密封罩和副氣流（碘蒸汽及其載氣）進(jìn)氣管。

實(shí)驗(yàn)研究時，模塊主體安裝于超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管段，作為超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管。

模塊主體為具有方型中空內(nèi)腔的上下兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端開口分別與超音速氧碘化學(xué)激光器的光腔段入口和氧發(fā)生器出口連接；噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向?yàn)閺南孪蛏稀?/p>

于模塊主體的前后兩個側(cè)壁面上開設(shè)有一對對應(yīng)的凹槽，對應(yīng)的凹槽中部開設(shè)有相對應(yīng)的方形通孔；

一對與凹槽形狀和尺寸相匹配的噴管固定板分別鑲嵌在前后兩個側(cè)壁面上的凹槽內(nèi)，噴管固定板與凹槽間為可拆卸連接，于前后兩個凹槽內(nèi)的噴管固定板上對應(yīng)開設(shè)有與所需注碘噴管徑向截面外部形狀和尺寸相匹配的通孔，注碘噴管插入前后兩個凹槽內(nèi)的噴管固定板上的通孔中，注碘噴管與兩個噴管固定板為可拆卸連接；

所述注碘噴管為橫向流注碘混合噴管，橫向流注碘混合噴管指向噴管段內(nèi)注碘的方向與噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向相垂直的噴管。注碘噴管的徑向是指與氧氣氣流流向和注碘方向均垂直的方向；注碘噴管的徑向截面是指平行于氧氣氣流流向和注碘方向的截面。

噴管固定板與凹槽間設(shè)置有密封“O”圈；噴管固定板與模塊主體通過螺栓緊固連接。

注碘噴管與兩個噴管固定板間涂704膠密封。

模塊主體前后兩個側(cè)壁面上凹槽的外部分別設(shè)有碘密封罩，碘密封罩與凹槽所在模塊主體的外壁面構(gòu)成碘腔；碘密封罩與凹槽所在模塊主體的外壁面間密封；凹槽處于碘腔內(nèi)；碘腔通過副氣流（碘蒸汽及其載氣）進(jìn)氣管與外界碘源相連。

注碘噴管的入碘口位于其徑向的兩個端面上；注碘噴管的入碘口處于碘腔內(nèi)。