Численное моделирование фтороводородных химических лазеров непрерывного и импульсно-периодического действия с интенсификацией процессов смешения реагентов в зоне генерации

• Автор: Гуров, Леонид Валерьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Обзор литературы

Глава 1. Модель расчёта газодинамических и энергетических параметров в HF(DF)-HXJI

1.1. Основные уравнения и граничные условия

1.2. Термодинамические и теплофизические параметры

1.3. Коэффициент усиления активной среды HF(DF)-HXJI и условие квазистационарно й генерации

1.4. Методика численного решения уравнений

1.5. Разностная аппроксимация уравнений для определения энергетических параметров HXJI с генерацией излучения в непрерывном режиме

1.6. Тестовые расчёты

1.7. О расчёте параметров генерации импульсно-периодического HF-HXJI.. 65 Выводы к главе
Глава 2. Энергетические возможности DF-HXJI с зубчатой сопловой решёткой
2.1. Постановка задачи
2.2. Расчёт усилительных свойств. Сравнение с экспериментом
2.3. Анализ основных результатов
Выводы к главе
Глава 3. Характеристики HF-HXJI с генерацией на основных и обертонных переходах молекулы HF при использовании сопел HYLTE
3.1. Постановка задачи
3.2. Сравнение с экспериментом
3.3. Анализ основных результатов
3.4. Оценка оптического качества активной среды
Выводы к главе
Глава 4. Энергетические возможности HF-HXJI с соплами HYLTE при генерации в импульсно-периодическом режиме
4.1. Постановка задачи
4.2. Анализ результатов
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список условных обозначений
Латинские символы
А — степень избытка разбавителя в камере сгорания;
Ауу-Ау— коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения на переходе
а,,а2 - коэффициенты поглощения излучения на «глухом» и выходном зеркале резонатора;
Ск - массовая доля к-ото компонента смеси; с - скорость света;
Вц - коэффициент бинарной диффузии газа сорта / в газ сорта у;
Еуд - удельный энергосъём (энергия лазерного излучения, снимаемая с единицы массы всех компонентов);
- коэффициент усиления слабого сигнала /с-ого компонента на колебательно вращательном переходе Р-ветви у, у'у_Ду -1 -э у - Ду, уу_Ду ;
£поР ~ пороговое значение коэффициента усиления в резонаторе Фабри-Перо;
Л - постоянная Планка;
Л,— удельная энтальпия к-то компонента смеси;
Н— удельная энтальпия смеси;
— интенсивность излучения на колебательно вращательном переходе у, у уДу -1 —> у - Д у, у уДу лазерной молекулы (НР илиБР); к - постоянная Больцмана; к] - константа скоростиу'-й химической реакции;
Ь - длина активной среды вдоль оси резонатора;
то - суммарный массовый расход окислителя и вторичного горючего;
тР —массовый расход атомарного фтора;
М- число Маха;
ИА - число Авогадро; р - статическое давление смеси; р0 - давление торможения смеси;

Рпаз - приведённая (отнесённая к единице площади среза сопловой решётки) мощность лазерного излучения;
Я - универсальная газовая постоянная;
Л/. — коэффициент избытка вторичного горючего в расчёте на свободный условно молекулярный фтор;
г/, г2 - коэффициенты отражения «глухого» и выходного зеркала резонатора;
Т- статическая температура;
Т0 - температура торможения;
5 - площадь среза сопловой решётки;
/ - время;
12 - коэффициенты пропускания «глухого» и выходного зеркала резонатора; и — составляющая скорости потока вдоль оси х;
V - составляющая скорости потока вдоль оси у; ж - составляющая скорости потока вдоль оси г;
IV/ 1¥к- молекулярная масса смеси / к-го компонента смеси; хк- мольная доля к-ого компонента смеси; х, у, г - декартовы координаты.
Греческие символы
а - степень избытка окислителя в камере сгорания;
Ду - разница между номерами верхнего и нижнего лазерного уровня (1 - для частот основного тона, 2 - для частот первого обертона);
г] - эффективность преобразования энергии лазерного излучения, снимаемой при генерации на основном тоне, в энергию, снимаемую на первом обертоне; р - плотность смеси; вер - вращательная температура;
1 - длина волны излучения;
рш I рк~ коэффициент динамической вязкости смеси / £-го компонента смеси; Км! ^ к~ коэффициент теплопроводности смеси / к-то компонента смеси;

Рисунок 5 - Общий вид сопла с потоком
Подача вторичного горючего осуществлялась за срезом сопел окислителя через отверстия в навесных инжекторах, имеющих форму клиновидных лопаток. Данные инжектора располагаются поперек окислительного потока с малым шагом и устанавливаются острым краем навстречу сверхзвуковому потоку окислителя, причем ребро лопаток лежит в плоскости расширения окислительного потока. К преимуществам данной схемы сопловой решетки относятся эффективное смешение потоков за счет малого шага между лопатками вторичного горючего, малые потери тепла и полного давления из-за снижения вязких эффектов в соплах окислителя большого размера и уменьшение скорости рекомбинации атомарного фтора. Кроме того, идея использования широких донных областей в таких соплах способствует снижению роста температуры и давления в расширяющемся потоке активной среды. К недостатку такой схемы можно отнести негативное влияние на окислительный поток клиновидных инжекторов.
В соплах НУЬТЕ [14], спроектированных позже, получили свое развитие идеи, заложенные в основу конструкции сопел с «трипсами» и сопел с потоком от источника. Действительно, в сопле НУЬТЕ (рисунок 26) исключено негативное влияние клиновидных инжекторов на окислительный поток в сопле от источника за счет введения в сопловой лопатке каждого сопла окислителя в его сверхзвуковой части системы мелкомасштабных конических сверхзвуковых сопел, расположенных вдоль высоты
от источника [74]