射流式o2发生器射流破断长度测量-大连化物所.PDFVIP

维普资讯 第 12卷 增刊 强 激 光 与 粒 子 束 Vo1．12，No．s0 2000年 11月 HIGH POW ER IASER AND PARTICIE BEAM S Nov．，2000 文章编号 ： 1001--4322(2o00)s0—0010—05 射流式 o2(1△)发生器射流破断长度测量 吴宝根 ，李旭昌，卢锡年 ， 蒋筱筠 ， 李富岭 ， 陈文武 ， 桑凤亭 ， 杨伯龄 (1．中国科学 院力学研 究所，北京 100080；2．中国科学 院大连化学物理研究所 ，大连 1lO信箱 116023) 摘 要 ： 实验研究了甘油一水溶液通过用不同加工方法和不同喷管长度 ／直径 比的喷管形成射流 的破断长度 。射流 的行为与喷管 内是层流还是湍流的流动状态关系极大 。当射流速度 比较大时．喷管的 缺陷如进 口出口的毛刺和流道壁的粗糙度是诱发湍流使射流破断的主要原因。这些结果对化学氧碘激 光的射流式 o (△)发生器的喷管设计和制造提供了有价值的参考。 关键词 ： 液体射流 ； 射流破断长度 ； Oz(△‘)发生器 中图分类号： TN248．5；O353．5 文献标识码 ： A 在化学氧碘激光器 中，O (△)发生器是提供激光介质能源 的装置 。目前 ，产生 O (△)的方法大都采 用 Cl气与过氧化氢碱溶液 (BHP)在气液两相界面的化学反应释放出气态 的0 (△)。已经发展 了鼓泡 式、转盘式、射流式和均匀液滴等形式 的0 (△)发生器 ，其 中后两种形式发生器 的Clz的利用率和0z (△)的产额最高[1]，被认为是第三代高效 0 (△)发生器。 为提高发生器单位体积液体(BHP)流的表面积，射流孔径和间距在加工允许条件下应尽可能小。由 于毛细射流的表面张力不稳定性 ，喷管内的流动状态和环境气流的气动力作用等因素 ，最后导致射流 的 破断而形成不连续的液滴 。因此 ，射流式和均匀液滴式发生器的结构基本上是一样的，所不 同的是射流 式发生器要求产生尽可能长 的完整射流 ，以获得最大的液体柱的表面积 ；而均匀液滴式发生器是利用表 面张力的不稳定性，人为加一扰动 ，控制液滴尺寸以获得尽可能大和稳定 的表面积 。 最近 C．C．Frank和 w．O．Schall[2]针对射流式 0 (△)发生器的应用 ，详细论述 了与射流 的破断有 关 的流体力学问题 ，并用甘油一水溶液代替BHP液 ，用 CCD拍摄射流破断过程 ，给出不同喷管长度 ／孔 径 比的射流破断长度 。因为他们所用 的CCD电子快 门只有 1O 秒 ，不足以 “冻结”液滴的运动 ，照片不 很清楚 。本文采用短脉冲频 闪光源和高倍照相机 ，测量了用不同加工方法、不同流道长度 ／直径 比的喷管 产生的射流的破断长度 。同时也用压电方法外加声振动产生均匀液滴 。为研制实用型 O (△)发生器提 供可行依据 。为实验方便，大部分实验是用单孔喷管，工作液体选用与BHP液粘性相近的甘油一水溶液。 1 毛细射流 的破断机制及破断长度 受压液体从喷管流 出，达到一定速度就形成连续 的柱状射流。射流表面在液体凝聚力和散开力 的竞 争作用下会产生振荡和扰动。在适 当条件下 ，这种振荡被放大造成液柱破断成滴 。 影响射流破断有多种因素 。如液体在喷管流道内是层流还是湍流 ，在流道 内的速度分布 ，在喷管进 口、出 口加工的粗糙度和毛刺等缺陷引起的扰动及外界的振动等 。还与液体 的粘性 、表面张力和射流的 环境气体的气动力相互作用有密切关系 ，使射流破断成因变得十分复杂 。在文献[3，4]详细讨论 了上述 各种因素对射流破断的影响。射流 的破断长度与上述因素的关系可用文献 [4]的图2．1O的射流的稳定 性 曲线来表示 。从 图中可以看 出，层流区可以得到最大的完整射流长度 。 Rayleigh对非粘性层流射流 由于表面张力不稳定性引起射流破断的分析 ，依然是射流破断分析的 - 收稿 日期 ：2000—08-20； 修 订 日期 ：2000—10—20 基金项 目：国家 863激光技术领域资助课题 (863—410—4—02．05) 作者简介 ：吴宝根(1939一)，男，研究员．主要研究方 向为氧流光学和光束质量测量。