氧碘化学激光器射流数值模拟方法研究

张黎; 叶正寅; 王刚

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氧碘化学激光器射流数值模拟方法研究

张黎 , 叶正寅 , 王刚

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氧碘化学激光器射流数值模拟方法研究

1.
西北工业大学, 翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室, 西安, 710072

作者简介: 张黎(1980- ),男,博士研究生,主要从事流体力学的研究..

通讯作者: 叶正寅, yezy@nwpu.edu.cn ;

基金项目:
教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目
中图分类号: TN248.5

Numerical simulation of COIL injection

1.
National Key Laboratory of Aerodynamic Design and Research, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China

Corresponding author: YE Zheng-Yin, yezy@nwpu.edu.cn ;

CLC number: TN248.5

摘要: 为了研究氧碘化学激光器喷流流场流动情况,采用数值方法求解二维可压缩非定常Navier-Stokes方程及组分连续方程,空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。计算了一个标准算例,结果与美国GASP程序计算结果符合良好。对氧碘化学激光器流场进行了二维数值模拟,研究了该激光器中激发态氧初始产额、水蒸气含量以及不同喷管数目对增益分布的影响。结果表明,除水和增加激发态氧初始产额都可使小信号平均增益增大,采用两个碘喷管比采用一个碘喷管能够获得更大的小信号平均增益。
- 激光器 /
- 氧碘化学激光器 /
- 喷流 /
- AUSM+up格式 /
- k-ε两方程湍流模型
Abstract: In order to study the injection field of a chemical oxygen iodine laser(COIL),the injection flows in supersonic COIL were simulated by solving the Reynolds averaged Navier-Stokes equations and species continuity equations based on four-stage Runge-Kutta time-stepping scheme on structured viscous mesh.The simulations were carried out with AUSM+up scheme employing the k-ε turbulence model.The finite-rate reaction model was employed with thermodynamic perfect gas properties for chemical reaction.The stiffness problem of chemical source was overcome by a relaxation iterative scheme.Transverse He-I2 injection test case was simulated with this method.The results were in good agreement with the result of AeroSoft's GASP.The supersonic COIL flows with He-I2 injection were also simulated.The distribution of the mass fraction and averaged small signal gain were calculated.The results showed that the averaged small signal gain increased with the increasing of O2(1△) yields or with the decreasing of the water vapor.The averaged small signal gain of a COIL with two spouts is bigger than that of a COIL with one spout.
- lasers /
- chemical oxygen iodine laser /
- injection flows /
- AUSM+up schemes /
- k-ε two equations turbulence model

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氧碘化学激光器射流数值模拟方法研究

通讯作者: 叶正寅, yezy@nwpu.edu.cn;

作者简介: 张黎(1980- ),男,博士研究生,主要从事流体力学的研究.

1. 西北工业大学, 翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室, 西安, 710072

收稿日期: 2006-05-18
录用日期: 2006-07-06
网络出版日期: 2007-08-25

基金项目: 教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目

关键词:

摘要: 为了研究氧碘化学激光器喷流流场流动情况,采用数值方法求解二维可压缩非定常Navier-Stokes方程及组分连续方程,空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。计算了一个标准算例,结果与美国GASP程序计算结果符合良好。对氧碘化学激光器流场进行了二维数值模拟,研究了该激光器中激发态氧初始产额、水蒸气含量以及不同喷管数目对增益分布的影响。结果表明,除水和增加激发态氧初始产额都可使小信号平均增益增大,采用两个碘喷管比采用一个碘喷管能够获得更大的小信号平均增益。