超音速氧碘化學(xué)激光器數(shù)值仿真及優(yōu)化的研究.pdf

1、超音速氧碘化學(xué)激光器(SCOIL)具有波長(zhǎng)短、效率高、光纖傳輸性能好等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和工業(yè)上有很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。SCOIL是一個(gè)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能的作用機(jī)制，其內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程、化學(xué)過(guò)程及光傳輸過(guò)程極其復(fù)雜并且相互作用，合理地解析這種物理化學(xué)過(guò)程并對(duì)其關(guān)鍵參量進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化是SCOIL的重要科學(xué)命題之一。 本文以數(shù)值仿真為主要手段，對(duì)SCOIL內(nèi)流場(chǎng)及其與光場(chǎng)的耦合機(jī)制進(jìn)行了研究和評(píng)估。運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件模擬了SCOIL的關(guān)

2、鍵區(qū)域——噴管和光腔內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，發(fā)展和完善了適應(yīng)此種高焓高速化學(xué)流場(chǎng)的計(jì)算模型，數(shù)值解析了超音速流場(chǎng)內(nèi)的流動(dòng)特性、反應(yīng)情況及其增益特性。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)參量的評(píng)估，本文運(yùn)用C語(yǔ)言將幾何光學(xué)模型編譯成相應(yīng)的計(jì)算程序，與計(jì)算流體軟件中的流場(chǎng)模型進(jìn)行耦合，并行求解，數(shù)值模擬了SCOIL內(nèi)光場(chǎng)從初始建立到穩(wěn)定過(guò)程中流場(chǎng)及光場(chǎng)的衍變情況，解析功率提取過(guò)程對(duì)化學(xué)流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)影響，探索性地實(shí)現(xiàn)了SCOIL內(nèi)流場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)及光場(chǎng)的實(shí)時(shí)耦合仿真，并在中

3、國(guó)科學(xué)院化學(xué)激光重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的千瓦級(jí)超音速氧碘化學(xué)激光器(KW-SCOIL)上進(jìn)行了計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，取得了良好的一致。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)值優(yōu)化模塊，完成了優(yōu)化過(guò)程和仿真過(guò)程的鏈接，以提高光腔內(nèi)增益分布均勻性為優(yōu)化目標(biāo)，搭建數(shù)值優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器來(lái)流條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本文初步建立了流場(chǎng)與光場(chǎng)耦合計(jì)算的仿真體系，并完成了仿真和優(yōu)化過(guò)程的集成運(yùn)算，此種評(píng)估方法和優(yōu)化平臺(tái)的完善和應(yīng)用對(duì)SCOIL的高性能發(fā)展