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低温等离子体降解偏二甲肼废水的实验研究

含能材料 2022年第10期30卷 1013-1021页

作者：黄龙呈叶继飞王殿恺郑永赞航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

从低温等离子体对偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)降解的实际应用出发,以微秒脉冲电源和6根同轴反应管为主要构成,设计研制了基于气液两相介质阻挡放电的UDMH废水处理装置,探究了不同频率、不同脉宽的电源参数对实验装... 详细信息

从低温等离子体对偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)降解的实际应用出发,以微秒脉冲电源和6根同轴反应管为主要构成,设计研制了基于气液两相介质阻挡放电的UDMH废水处理装置,探究了不同频率、不同脉宽的电源参数对实验装置放电功率和功率因数的影响,以功率因数为主要目标优选了微秒脉冲电源参数;并对两种典型浓度的UDMH废水进行了降解实验,测定了UDMH的去除率和降解能耗。实验装置的功率因数随频率变大而提升,且在脉宽2~10μs间有极大值,电源参数优选为控制电压200 V、频率1000 Hz、脉宽6μs。UDMH废水降解实验中,对于初始浓度43.5,264.5 mg∙L^(-1)的UDMH废水,UDMH去除率分别为99.9%、93.8%,降解能耗为0.51,0.18 kWh∙g^(-1)。结果表明,以石英玻璃加水膜为阻挡介质、空气为工作气体的同轴反应管能够通过DBD产生LTP活性粒子,以较低的能耗为代价有效去除UDMH,实验装置可较好应用于工程。

关键词：低温等离子体(LTP) 偏二甲肼(UDMH) 微秒脉冲介质阻挡放电(DBD) 去除率降解能耗

脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

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力学学报 2023年第5期55卷 1063-1074页

作者：王殿恺石继林黄龙呈文明张腾飞航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PI... 详细信息

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.

关键词：脉冲激光等离子体激波粒子图像测速流动控制

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激光能量沉积降低钝头体驻点压力机制分析

推进技术 2014年第2期35卷 172-177页

作者：王殿恺洪延姬李倩装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

针对高超声速飞行器表面驻点压力较高的问题,在马赫数5的来流条件下,分别采用单脉冲和高重频激光能量注入的方式控制弓形激波。将数值模拟结果与高时空分辨率纹影照片以及驻点压力测量结果相对比,分析了单脉冲激光能量与高超声速流场弓... 详细信息

针对高超声速飞行器表面驻点压力较高的问题,在马赫数5的来流条件下,分别采用单脉冲和高重频激光能量注入的方式控制弓形激波。将数值模拟结果与高时空分辨率纹影照片以及驻点压力测量结果相对比,分析了单脉冲激光能量与高超声速流场弓形激波的相互作用过程,结果表明透镜效应是激光能量沉积降低钝头体驻点压力的原因。单脉冲激光能量产生的低压区不能维持,降低驻点压力效率低,因此高重频是更有效的激光能量注入方式。优化了频率为80kHz、功率为自由流焓流6.6%的激光能量沉积位置,计算结果表明当沉积位置与钝头体表面的距离等于钝头体直径的1.5倍时,驻点压力降低了40%。在优化位置提高沉积能量大小至36.9%,可将驻点压力和热流分别降低83.3%和56.9%。

关键词：激光能量沉积流动控制纹影高超声速透镜效应

基于质谱法的大气压介质阻挡放电等离子体中O_(3)和N_(2)O组分的测量

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质谱学报 2023年第3期44卷 452-460,I0006页

作者：张腾飞文明黄龙呈冯高平王殿恺韦康航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101400 西昌卫星发射中心四川凉山彝族自治州615000

为提高介质阻挡放电(DBD)在大气压条件下低温等离子体的产率以及设备的稳定性和可靠性,降低处理成本,提高航天发射废水的降解率,利用四极杆质谱仪设计了一套基于质谱法的大气压DBD等离子体中O_(3)和N_(2)O组分测量系统,通过测量等离子... 详细信息

为提高介质阻挡放电(DBD)在大气压条件下低温等离子体的产率以及设备的稳定性和可靠性,降低处理成本,提高航天发射废水的降解率,利用四极杆质谱仪设计了一套基于质谱法的大气压DBD等离子体中O_(3)和N_(2)O组分测量系统,通过测量等离子体组分和未放电时的大气组分来证实该方法的可行性。结果表明,在101.325 kPa大气压条件下,使用6管同轴介质阻挡放电,在控制电压为200 V时,O_(3)和N_(2)O的组分浓度达到最高;在控制电压为200 V,空气流量为7.8 L/min时,O_(3)的组分浓度达到最高;在空气流量为3.8 L/min时,N_(2)O的组分浓度达到最高。综上所述,控制电压和空气流量对等离子体组分浓度有较大影响,解决了传统质谱法难以应用于大气压条件下DBD等离子体活性产物测量和强电场对质谱仪干扰的问题。本研究结果在DBD反应器的优化、关键参数的调控和实现大气压DBD在降解航天推进剂废水的工程实际应用方面具有参考价值。

关键词：介质阻挡放电(DBD) 等离子体 O_(3) N_(2)O 质谱

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高超声速波系结构的彩色纹影显示技术

红外与激光工程 2014年第6期43卷 1710-1714页

作者：王殿恺洪延姬李倩叶继飞中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 清华大学航天航空学院北京100083

针对高超声速流场波系结构复杂、激波相互作用强、激波强度差别大等特点,发展了非侵入式、高灵敏度的彩色纹影流场显示技术,结合彩色滤光片设计技术和高速摄影技术,将彩色纹影系统的空间分辨率提高至0.1mm量级,时间分辨率达到1s量级。... 详细信息

针对高超声速流场波系结构复杂、激波相互作用强、激波强度差别大等特点,发展了非侵入式、高灵敏度的彩色纹影流场显示技术,结合彩色滤光片设计技术和高速摄影技术,将彩色纹影系统的空间分辨率提高至0.1mm量级,时间分辨率达到1s量级。在高超声速激波风洞中分别研究了斜激波相互作用产生的正规反射和马赫反射激波结构,以及斜激波与弓形激波相互作用产生的IV型激波干扰,得到了清晰的彩色纹影照片,细致展现了待测流场的复杂结构,证明了该彩色纹影技术能够为高超声速流场诊断提供有力的技术支撑。

关键词：彩色纹影高超声速激波相互作用流场诊断

不同来流马赫数下激光能量形成高超声速进气道虚拟唇口的特性

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强激光与粒子束 2014年第12期26卷 255-259页

作者：李倩洪延姬赵伟王殿恺装备学院激光推进及其应用国家重点实验室中国人民解放军66292部队

用基于三维非定常可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程的有限体积法计算了马赫数低于设计值6时一种高超声速进气道的性能参数,发现其性能存在明显下降。为提升进气道性能,将功率为15kW的激光能量注入进气道固体唇口前的流场中,形成虚拟唇口... 详细信息

用基于三维非定常可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程的有限体积法计算了马赫数低于设计值6时一种高超声速进气道的性能参数,发现其性能存在明显下降。为提升进气道性能,将功率为15kW的激光能量注入进气道固体唇口前的流场中,形成虚拟唇口,马赫数为4.5,5.0和5.5时,计算得到来流捕获率分别提高了34%,20.6%和15.6%。绘制了不同马赫数下来流捕获率达到峰值时的流场压强云图,说明了虚拟唇口的特性及形成机制。结果表明:来流马赫数越低,来流捕获率越小,但相对于无能量注入时的来流捕获率的提升程度越明显;在不同来流马赫数条件下,通过改变激光能量引致的激波结构和位置,可达到最优状态,即激波与进气道前缘斜激波相交后的透射波打在进气道肩部位置的状态。

关键词：高超声速进气道激光能量虚拟唇口来流捕获数值模拟

激光能量注入位置对进气道马赫反射影响数值研究

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激光杂志 2012年第4期33卷 17-19页

作者：李晶洪延姬王殿恺装备学院研究生管理大队北京101416 装备学院基础部北京101416

超声速进气道存在双尖楔结构,在非设计工况下,可能出现马赫反射现象。利用激光能量注入流场产生等离子体,可以改变马赫反射结构,降低马赫杆高度,甚至使马赫反射完全转变为正规反射,达到减少总压损失的目的。基于这种方法,本文在等离子... 详细信息

超声速进气道存在双尖楔结构,在非设计工况下,可能出现马赫反射现象。利用激光能量注入流场产生等离子体,可以改变马赫反射结构,降低马赫杆高度,甚至使马赫反射完全转变为正规反射,达到减少总压损失的目的。基于这种方法,本文在等离子体区域形状和激光能量相同的情况下,计算了马赫数为3.45时,不同的激光能量注入位置对双尖楔简化模型形成的马赫反射结构的影响。计算结果和分析表明,适当增大激光能量注入位置与马赫杆的距离,并减小其与上游斜激波的距离,将有助于降低马赫杆高度,提高激光能量对马赫反射结构的控制效果。

关键词：激光能量沉积超声速进气道等离子体马赫反射

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高重频激光减阻的关键因素选择方法研究

推进技术 2017年第5期38卷 1188-1193页

作者：王殿恺卿泽旭李倩方娟装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

针对影响高重频激光降低超声速波阻的因素多而复杂的问题,研究关键无量纲参数对减阻性能的影响规律,目的是揭示其影响新机理,提出其选择新方法。首先采用量纲分析的方法提炼影响高重频激光减阻的关键无量纲参数,然后通过求解N-S方程研... 详细信息

针对影响高重频激光降低超声速波阻的因素多而复杂的问题,研究关键无量纲参数对减阻性能的影响规律,目的是揭示其影响新机理,提出其选择新方法。首先采用量纲分析的方法提炼影响高重频激光减阻的关键无量纲参数,然后通过求解N-S方程研究各个无量纲参数对减阻性能的影响规律以及它们之间的制约关系,并通过流动分析揭示其影响原因,最后提出无量纲参数的优化选择方案。结果表明:高重频激光减阻性能取决于无量纲激光能量大小、激光注入位置和来流马赫数;减阻百分比和能量效率与无量纲激光能量大小呈指数关系,与激光注入位置呈先上升后下降的关系,减阻百分比与马赫数呈指数关系,能量效率与马赫数呈先上升后下降的关系,在马赫6时能量效率达到14左右;激光能量大小和注入位置对减阻性能的影响密切相关,存在优化的激光能量大小和注入位置,随着能量的提高,优化位置由1.5逐渐提高至2.6左右,提高幅度逐渐减小。研究结果揭示了关键参数对高重频激光减阻性能的影响规律,提出了关键参数的选择方法。

关键词：高重频激光能量波阻量纲分析流动控制

静止空气中单脉冲激光能量非对称沉积实验与数值模拟

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推进技术 2017年第7期38卷 1661-1668页

作者：卿泽旭洪延姬王殿恺张斌装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 上海交通大学航空航天学院上海200240

为了研究纳秒脉冲激光能量沉积减小高超声速飞行器波阻的机理和规律,首先要研究纳秒脉冲激光能量在静止空气中的沉积现象。提出一种新方法测量了激光能量吸收率。并采用高分辨率纹影系统,对纳秒脉冲Nd:YAG固体激光器(波长532nm,最大激... 详细信息

为了研究纳秒脉冲激光能量沉积减小高超声速飞行器波阻的机理和规律,首先要研究纳秒脉冲激光能量在静止空气中的沉积现象。提出一种新方法测量了激光能量吸收率。并采用高分辨率纹影系统,对纳秒脉冲Nd:YAG固体激光器(波长532nm,最大激光能量368m J/pulse)击穿静止空气后所形成的等离子体热核进行观测。基于FLUENT软件并编写UDF,结合非对称能量沉积模型和空气等离子体参数,采用层流模型、Roe-FDS通量格式对激光能量沉积后的流动现象进行了数值模拟。结果表明,激光能量吸收率随着入射激光能量的增大而不断增大,并最终稳定在0.45左右。纳秒脉冲激光能量沉积后的流场纹影序列图像很好地呈现了爆炸波的传播、等离子体热核的演变和涡环的形成。激光能量沉积后60~120μs,涡环的涡核平均直径基本不变,且与入射激光能量大小呈二次函数关系。爆炸波约在t=60μs之后衰减至近似声波,此后其波速受入射激光能量大小的影响较小。数值模拟结果表明,Richtmyer-Meshkov不稳定性和激光能量的非对称沉积,是等离子体演化出尖刺的原因。

关键词：纳秒脉冲激光能量沉积激波等离子体纹影数值模拟