CN101079531A - 无稀释气氧碘化学激光器 - Google Patents

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房本杰
陈方
张岳龙
金玉奇
桑凤亭
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本发明涉及氧碘化学激光器，具体地说是一种采用纯氯气作为反应气体、不需要任何稀释气体的无稀释气氧碘化学激光器，为立式结构，即单重态氧发生器的上出口直接对接喷管组件；喷管组件中超音速氧碘混合喷管为列阵式，在喷管亚音速段设有两排碘喷口，其口径为Φ0.5mm，两排碘喷口之间的距离为2mm，与喷管喉道之间的平均距离X1为3～5mm；喷管设计马赫数为2.2～2.8，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为4～6mm、出口的宽度X3为10～15mm；单重态氧发生器的设计气液反应比表面积为4～6cm－1，沿气流方向平均气液反应区长度X4为8～12cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2。

Description

无稀释气氧碘化学激光器
技术领域
本发明涉及氧碘化学激光器，具体地说是一种采用纯氯气作为反应气体、不需要任何稀释气体的无稀释气氧碘化学激光器。
背景技术
传统的氧碘化学激光器(简称COIL)是以大量的氦气为稀释气。一方面，氦气资源稀有，价格昂贵，使用成本较高，不利于COIL的工业应用；另一方面，随着COIL的新型压力恢复系统—低温分子筛吸附泵的出现，以氦气为稀释气的COIL已经不能适应这种新技术的应用，因为低温分子筛吸附泵采用的沸石分子筛在低温下只能有效地吸附氧气(COIL本身产生的气体)和氮气。
近年来，出现了以氮气为稀释气的COIL，上述问题可得以解决。但由于低温分子筛吸附泵的分子筛用量与总的气体流量呈近似正比关系，因此氮气稀释气的存在不利于缩小低温分子筛吸附泵的体积重量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无稀释气氧碘化学激光器。该激光器可以采用纯氯气作为反应气体，而不需要任何稀释气体。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括电机、BHP液体循环泵、BHP液体收集罐、单重态氧发生器、喷管组件及光腔，BHP液体循环泵与BHP液体收集罐相连通，在BHP液体收集罐上方设有单重态氧发生器，BHP液体循环泵通过连接管与单重态氧发生器连通，单重态氧发生器上开有氯气进气孔；喷管组件位于单重态氧发生器的上方，并与单重态氧发生器连通，在喷管组件的上方设有与其相连通的光腔，该氧碘化学激光器为立式结构，即单重态氧发生器的上出口直接对接喷管组件。
其中：所述喷管组件中超音速氧碘混合喷管为列阵式，在喷管亚音速段设有两排碘喷口，其口径为Φ0.5mm，两排碘喷口之间的距离为2mm，两排喷口与喷管喉道之间的平均距离X1为3～5mm；喷管设计马赫数为2.2～2.8，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为4～6mm、喷管出口的宽度X3为10～15mm；所述两排喷口与喷管喉道之间的平均距离X1的最佳值为4mm；喷管设计马赫数的最佳值为2.5，对应的喷管每个单元喉道宽度X2的最佳值为5mm，喷管出口的宽度X3的最佳值为13mm；所述单重态氧发生器为方管射流式结构，为上出气方式，射流喷头为不锈钢方管，底面开有射流孔；单重态氧发生器的设计气液反应比表面积为4～6cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4为8～12cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2；所述单重态氧发生器的设计气液反应比表面积的最佳值为5cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4的最佳值为10cm。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明通过对氧碘化学激光器的全新设计，使得氧碘化学激光器可以省却稀释气，从而大大降低了氧碘化学激光器的运行成本，有利于氧碘化学激光器的工业应用。
2.本发明便得氧碘化学激光器可以采用低温分子筛吸附泵作为压力恢复系统，并有利于缩小低温分子筛吸附泵的体积、重量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中喷管列阵及光腔的示意图；
图3为本发明中单组超音速喷管的几何设计示意图；
图4为本发明中喷管亚音速段碘喷口的几何排布示意图；
图5为本发明中方管射流式单重态氧发生器示意图；
图6为本发明中射流式单重态发生器方管示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例1
如图1所示，本发明包括电机1、BHP液体循环泵2、BHP液体收集罐3、单重态氧发生器4、喷管组件5及光腔6，BHP液体循环泵2与BHP液体收集罐3相连通，在BHP液体收集罐3上方设有单重态氧发生器4，BHP液体循环泵2通过连接管7与单重态氧发生器4连通，单重态氧发生器4上开有氯气进气孔8；喷管组件5位于单重态氧发生器4的上方，并与单重态氧发生器4连通，在喷管组件5的上方设有与其相连通的光腔6。该氧碘化学激光器为立式结构，即单重态氧发生器4的上出口直接对接喷管组件5，尽可能地缩短了喷管与氧发生器之间的过渡段长度。
如图2～图4所示，喷管组件5中超音速氧碘混合喷管为列阵式，在喷管亚音速段设有两排碘喷口12，其口径为Φ0.5mm，两排碘喷口12与喷管喉道11之间的距离分别为5mm和3mm，两排碘喷口12与喷管喉道11之间的平均距离X1为4mm；喷管设计马赫数为2.5，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为5mm、喷管出口的宽度X3为13mm。
如图5、图6所示，针对无稀释气的氧碘化学激光器设计、单重态氧发生器4采用方管射流式结构，为上出气方式，射流喷头9为不锈钢方管，底面开有射流孔；单重态氧发生器4的设计气液反应比表面积为5cm-1；沿气流方向平均气液反应区长度X4为10cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2。
通过采用上述的超音速氧碘混合喷管设计、单重态氧发生器设计以及装置布局设计，使得氧碘化学激光器在不牺牲化学效率的前提下，可以采用纯氯气作为反应气体，而不需要任何稀释气体。工作原理为：电机1工作带动BHP(过氧化氢碱溶液)液体循环泵2将BHP液体收集罐3中的液体经连接管7抽到单重态氧发生器4中，同时由氯气进气孔8处向单重态氧发生器4内加入纯氯气，两者反应产生单重态氧分子。其中，单重态氧发生器4内的进气分配板10可将反应气体在反应器中进行均匀分配，以利于均匀反应。产生的单重态氧分子向上出气至喷管组件5，与碘原子反应，产生出光粒子，经光腔6射出。
本发明采用低温分子筛吸附泵作为压力恢复系统，其中的超音速氧碘混合喷管还可应用于以氮气为稀释气的氧碘化学激光器。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：两排碘喷12与喷管喉道11之间的距离分别为4mm和2mm，两排碘喷12与喷管喉道11之间的平均距离X1为3mm；喷管设计马赫数为2.2，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为4mm、喷管出口的宽度X3为10mm。
单重态氧发生器4的设计气液反应比表面积为4cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4为8cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：两排碘喷口12与喷管喉道11之间的距离分别为6mm和4mm，两排碘喷口12与喷管喉道11之间的平均距离X1为5mm；喷管设计马赫数为2.8，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为6mm、喷管出口的宽度X3为15mm。
单重态氧发生器4的设计气液反应比表面积为6cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4为12cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2。

Claims (5)

1.一种无稀释气氧碘化学激光器，包括电机、BHP液体循环泵、BHP液体收集罐、单重态氧发生器、喷管组件及光腔，BHP液体循环泵与BHP液体收集罐相连通，在BHP液体收集罐上方设有单重态氧发生器，BHP液体循环泵通过连接管与单重态氧发生器连通，单重态氧发生器上开有氯气进气孔；喷管组件位于单重态氧发生器的上方，并与单重态氧发生器连通，在喷管组件的上方设有与其相连通的光腔，其特征在于：该氧碘化学激光器为立式结构，即单重态氧发生器的上出口直接对接喷管组件。
2.按权利要求1所述的无稀释气氧碘化学激光器，其特征在于：所述喷管组件中超音速氧碘混合喷管为列阵式，在喷管亚音速段设有两排碘喷口，其口径为Φ0.5mm，两排碘喷口之间的距离为2mm，两排喷口与喷管喉道之间的平均距离X1为3～5mm；喷管设计马赫数为2.2～2.8，对应的喷管每个单元喉道宽度X2为4～6mm、喷管出口的宽度X3为10～15mm。
3.按权利要求2所述的无稀释气氧碘化学激光器，其特征在于：所述两排喷口与喷管喉道之间的平均距离X1的最佳值为4mm；喷管设计马赫数的最佳值为2.5，对应的喷管每个单元喉道宽度X2的最佳值为5mm，喷管出口的宽度X3的最佳值为13mm。
4.按权利要求1所述的无稀释气氧碘化学激光器，其特征在于：所述单重态氧发生器为方管射流式结构，为上出气方式，射流喷头为不锈钢方管，底面开有射流孔；单重态氧发生器的设计气液反应比表面积为4～6cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4为8～12cm，单位横截面氯气通量为2.8mmol/s.cm2。
5.按权利要求4所述的无稀释气氧碘化学激光器，其特征在于：所述单重态氧发生器的设计气液反应比表面积的最佳值为5cm-1，沿气流方向平均气液反应区长度X4的最佳值为10cm。
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