超音速氧碘化學激光器數(shù)值仿真及優(yōu)化的研究.pdf

1、超音速氧碘化學激光器(SCOIL)具有波長短、效率高、光纖傳輸性能好等優(yōu)點，在軍事和工業(yè)上有很好的發(fā)展和應用前景。SCOIL是一個將化學能轉化為光能的作用機制，其內部的流動過程、化學過程及光傳輸過程極其復雜并且相互作用，合理地解析這種物理化學過程并對其關鍵參量進行評估和優(yōu)化是SCOIL的重要科學命題之一。 本文以數(shù)值仿真為主要手段，對SCOIL內流場及其與光場的耦合機制進行了研究和評估。運用計算流體動力學軟件模擬了SCOIL的關

2、鍵區(qū)域——噴管和光腔內的流動過程，發(fā)展和完善了適應此種高焓高速化學流場的計算模型，數(shù)值解析了超音速流場內的流動特性、反應情況及其增益特性。為了進一步實現(xiàn)對光場參量的評估，本文運用C語言將幾何光學模型編譯成相應的計算程序，與計算流體軟件中的流場模型進行耦合，并行求解，數(shù)值模擬了SCOIL內光場從初始建立到穩(wěn)定過程中流場及光場的衍變情況，解析功率提取過程對化學流場的動態(tài)影響，探索性地實現(xiàn)了SCOIL內流場、化學場及光場的實時耦合仿真，并在中

3、國科學院化學激光重點實驗室現(xiàn)有的千瓦級超音速氧碘化學激光器(KW-SCOIL)上進行了計算結果與實驗測量數(shù)據(jù)的對比驗證，取得了良好的一致。在此基礎上，應用先進的數(shù)值優(yōu)化模塊，完成了優(yōu)化過程和仿真過程的鏈接，以提高光腔內增益分布均勻性為優(yōu)化目標，搭建數(shù)值優(yōu)化平臺，實現(xiàn)對激光器來流條件的優(yōu)化設計。 本文初步建立了流場與光場耦合計算的仿真體系，并完成了仿真和優(yōu)化過程的集成運算，此種評估方法和優(yōu)化平臺的完善和應用對SCOIL的高性能發(fā)展