超音速气流化学激光流场与光学耦合效应的数值研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
20903087
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
19.0万
负责人：
怀英
依托单位：
中国科学院大连化学物理研究所
学科分类：
B0302.化学模拟与应用
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
张增宝；韩新民；徐明秀；贾淑芹；
关键词：
光束质量超音速气流化学激光数值仿真大涡模拟

项目摘要

超音速气流化学激光（S-GCL）流场与光学耦合效应的数值研究是围绕S-GCL实现流动参量和光学效应预测这一现实需求，抓住湍流结构、化学反应及光传输之间关系探索这一重要命题，开展理论-数值计算-应用的研究。以改善激光光束质量为直接目的，建立适应高焓高速化学流场的计算模型，运用大涡模拟这种先进仿真方法对S-GCL内流场的流动过程和化学过程实施三维非稳态仿真，建立既可捕捉激波又可描述小尺度脉动的高分辨率数据库。发展和完善流场和光场的耦合计算体系，模拟增益饱和过程及其达到稳态后的光强分布情况，构建在不同流场条件下流场湍流结构和光强分布的动态影响机制，以此为指导，利用数值计算系统耦合优化模块，实现气动部件设计参数和来流流场参量的优选过程，建立针对S-GCL气动光学效应的优化体系，为S-GCL实现高性能设计提供理论保障和评估平台。

结项摘要

超音速气流化学激光（S-GCL）流场与光学耦合效应的数值研究是围绕S-GCL实现流动参量和光学效应预测这一现实需求，抓住湍流结构、化学反应及光传输之间关系探索这一重要命题，开展的理论-数值计算-应用研究。.针对S-GCL内部低压、低密度、亚跨超音速系及夹杂复杂化学反应的可压缩流动系统，建立了适应高焓高速化学流场的计算模型，运用大涡模拟这种先进仿真方法对S-GCL内流场的流动过程和化学反应过程实施了三维非稳态仿真，构建了激光器内流场整体计算方案。发展应用了各向异性亚格子应力模型，成功的解析了激波及边界层转捩等对出光性能有关键影响的复杂流场结构。.构建了具有自主知识产权的气流激光流场和光场耦合计算体系，能够准确的描述高能激光器中光与具有复杂化学反应的稀薄超音速介质，以及强光光学元件相互作用的物理机制。突破了智能优化网格和高分辨率低耗散先进计算格式等多种数值计算技术，首次实现了从微米级至百米级空间尺度，从毫秒及至数十秒级时间尺度的高时、空分辨率大尺度激光器的数值模拟。整个计算体系从逻辑框架、软件编译到系统调制都由项目组成员独立完成，申请了名为“化学氧碘激光器多物理场耦合模拟仿真软件”的软件著作权。这是国内首套化学激光多物理场耦合的计算软件。.利用数值计算耦合优化模块，实现了气动及光学参量的优选，此方法已成功的运用在对大型氧碘化学激光的设计评估及关键物理问题分析中，取得了一系列瓶颈问题的突破，提出了多项创新技术途径，其显著的应用效果荣获省部级科技进步二等奖。