氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致“热堵”现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,“热堵塞”现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明：传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响, 实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时, 选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力；超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压, 且截止反压提高约12%；在相同腔压下, 10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%；超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布, 并有效提高扩压器效率。

为了研究光腔超扩段的几何外形和内部结构等物理参量,设计了一套实时数据采集和监测系统,硬件以研祥公司的PCI总线高性能数据采集卡(DAS)为核心,软件以VB6.0为开发平台.通过该系统,可以对超扩段内各点气流压力进行高精度测量,有利于光腔超扩段的优化设计.

采用数值模拟的手段,对压力恢复系统超声速扩散段三维流场进行 研究.数值模拟使用LU分解法和NND差分格式求解全Navier-Stokes 方程,并加入了湍流模 型.对得到的流场结构进行了分析,为下一步工作打下了基础.