高背壓超聲氣體團簇噴流特性研究

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1、■Ｉ巾齡類號：１０８５６０５３２１：學獄碼：，學號：歷０Ｗ１１２碩：ｔ學位論文Ｉ＾ＩＭａｓｔｅｒｓＴｈｅｓｉｓＩ＇’：叩竭祇‘燃細ｗｆＩ論文題目高背壓超聲氣體團簇噴流特性研究專業(yè)＿＾作者姓名Ｉ＜指導(dǎo)教師整＿完成日期２０１５年１２月Ｉ中圖分類號：O532學校代碼：10856學號：M050113112上海工程技術(shù)大學碩士學位論文高背壓超聲氣體團簇噴流特性研究作者姓名：徐逸指導(dǎo)教師：陳光龍專業(yè)：材料物理與化學學院：材料工程學院申請學位：

2、工學碩士完成時間：2015年12月評閱人：張修麗查學軍答辯委員會主席：薛紹林成員：張朝民張修麗朱鵬飛吳建寶UniversityCode：10856StudentID:M050113112STUDYONSUPERSONICGASCLUSTERJETUNDERHIGHBACKINGPRESSURECandidate:YiXuSupervisor:GuanglongChenMajor:MaterialsPhysicsandChemistrySchoolofMaterialsEngineeringShanghaiUniversit

3、yofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2015上海工程技術(shù)大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所遞交的學位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日上海工程技術(shù)大學學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論

4、文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海工程技術(shù)大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本學位論文屬于不保密□。（請在以上方框內(nèi)打“√”）學位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日高背壓超聲氣體團簇噴流特性研究摘要近二十幾年來，超強超短激光脈沖與物質(zhì)相互作用研究受到了極大的關(guān)注。氣體團簇噴流作為一種特殊的相互作用介質(zhì)，微觀上單個團簇密度與固

5、體相當，同時宏觀上團簇噴流密度又與氣體相似。因而氣體團簇噴流結(jié)合了氣體和固體兩種相互作用介質(zhì)的優(yōu)點，而逐漸受到了研究者們的青睞。在產(chǎn)生高能離子、高能電子、x射線、太赫茲輻射和高次諧波等方面，氣體團簇被大量用于研究中。在利用飛秒強激光脈沖與氘團簇噴流相互作用實現(xiàn)臺式激光核聚變以來，為了提高聚變中子產(chǎn)額，研究者們對各種氣體團簇源進行了很多理論和實驗研究，以更好地表征團簇噴流特性。但目前就高氣體背壓下噴流中團簇尺寸大小和原子密度及其空間分布等許多特性研究仍然存在很多不足。本研究針對高背壓氣體團簇噴流特性研究不足，開展了如下研究工

6、作：（1）針對不同構(gòu)型的錐型噴嘴（包括不同半張角、不同噴嘴長度等），使用Fluent軟件詳細模擬了高背壓氬氣經(jīng)噴嘴向真空超聲絕熱膨脹形成的氣體團簇噴流中原子密度的分布和演化規(guī)律。研究表明：高背壓氣體噴流中心原子密度小于Hagena尺度定律中直線流模型預(yù)期的原子密度，這與文獻報道的實驗結(jié)果相符。本論文繼而利用模擬結(jié)果詳細研究了錐型噴嘴實際等效孔徑與氣體背壓、噴嘴長度、噴嘴張角等因素的關(guān)系。結(jié)果表明：在較長噴嘴和較大半張角時，錐型噴嘴的等效孔徑與直線流模型預(yù)期接近。（2）利用Boldarev理論模型開展了高背壓超聲氬氣噴流中團

7、簇平均尺寸的演化研究。分析比較由噴嘴喉口起沿噴流方向在噴流中心軸線上團簇平均尺寸的演化情況，再結(jié)合關(guān)于噴流中原子密度沿噴流方向變化的模擬結(jié)果開展錐型噴嘴長度的優(yōu)化研究。研究表明：對于喉口直徑為0.5mm、半張角為8.5o的錐型噴嘴中噴流密度在噴嘴中心軸線上先變小后逐漸趨于穩(wěn)定，而噴流中團簇平均尺寸則逐漸變大而后在距離喉口20mm左右的位置趨于一個穩(wěn)定值。因此合適的錐型噴嘴長度約為20mm。本論文著眼于激光-團簇相互作用研究這一前沿課題，主要通過數(shù)值模擬開展了高背壓氣體噴流密度及團簇平均尺寸的演化，以及錐型噴嘴等效孔徑的研究

8、。這對氣I體團簇源的制備及基于氣體團簇的應(yīng)用研究、激光與團簇相互作用機制的理解，乃至對激光與物質(zhì)相互作用機制的深入理解有一定的意義。關(guān)鍵詞：團簇平均尺寸，噴流原子密度，錐型噴嘴等效孔徑，Hagena尺寸定律，F(xiàn)luent軟件，Boldarev模型IISTUDYONSUPERSONICGASCLUSTER