高背压超声气体团簇喷流特性研究

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1、■Ｉ巾齡类号：１０８５６０５３２１：学獄码：，学号：歷０Ｗ１１２硕：ｔ学位论文Ｉ＾ＩＭａｓｔｅｒｓＴｈｅｓｉｓＩ＇’：叩竭祇‘燃細ｗｆＩ论文题目高背压超声气体团簇喷流特性研究专业＿＾作者姓名Ｉ＜指导教师整＿完成日期２０１５年１２月Ｉ中图分类号：O532学校代码：10856学号：M050113112上海工程技术大学硕士学位论文高背压超声气体团簇喷流特性研究作者姓名：徐逸指导教师：陈光龙专业：材料物理与化学学院：材料工程学院申请学位：

2、工学硕士完成时间：2015年12月评阅人：张修丽查学军答辩委员会主席：薛绍林成员：张朝民张修丽朱鹏飞吴建宝UniversityCode：10856StudentID:M050113112STUDYONSUPERSONICGASCLUSTERJETUNDERHIGHBACKINGPRESSURECandidate:YiXuSupervisor:GuanglongChenMajor:MaterialsPhysicsandChemistrySchoolofMaterialsEngineeringShanghaiUniversit

3、yofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2015上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海工程技术大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论

4、文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日高背压超声气体团簇喷流特性研究摘要近二十几年来，超强超短激光脉冲与物质相互作用研究受到了极大的关注。气体团簇喷流作为一种特殊的相互作用介质，微观上单个团簇密度与固

5、体相当，同时宏观上团簇喷流密度又与气体相似。因而气体团簇喷流结合了气体和固体两种相互作用介质的优点，而逐渐受到了研究者们的青睐。在产生高能离子、高能电子、x射线、太赫兹辐射和高次谐波等方面，气体团簇被大量用于研究中。在利用飞秒强激光脉冲与氘团簇喷流相互作用实现台式激光核聚变以来，为了提高聚变中子产额，研究者们对各种气体团簇源进行了很多理论和实验研究，以更好地表征团簇喷流特性。但目前就高气体背压下喷流中团簇尺寸大小和原子密度及其空间分布等许多特性研究仍然存在很多不足。本研究针对高背压气体团簇喷流特性研究不足，开展了如下研究工

6、作：（1）针对不同构型的锥型喷嘴（包括不同半张角、不同喷嘴长度等），使用Fluent软件详细模拟了高背压氩气经喷嘴向真空超声绝热膨胀形成的气体团簇喷流中原子密度的分布和演化规律。研究表明：高背压气体喷流中心原子密度小于Hagena尺度定律中直线流模型预期的原子密度，这与文献报道的实验结果相符。本论文继而利用模拟结果详细研究了锥型喷嘴实际等效孔径与气体背压、喷嘴长度、喷嘴张角等因素的关系。结果表明：在较长喷嘴和较大半张角时，锥型喷嘴的等效孔径与直线流模型预期接近。（2）利用Boldarev理论模型开展了高背压超声氩气喷流中团

7、簇平均尺寸的演化研究。分析比较由喷嘴喉口起沿喷流方向在喷流中心轴线上团簇平均尺寸的演化情况，再结合关于喷流中原子密度沿喷流方向变化的模拟结果开展锥型喷嘴长度的优化研究。研究表明：对于喉口直径为0.5mm、半张角为8.5º的锥型喷嘴中喷流密度在喷嘴中心轴线上先变小后逐渐趋于稳定，而喷流中团簇平均尺寸则逐渐变大而后在距离喉口20mm左右的位置趋于一个稳定值。因此合适的锥型喷嘴长度约为20mm。本论文着眼于激光-团簇相互作用研究这一前沿课题，主要通过数值模拟开展了高背压气体喷流密度及团簇平均尺寸的演化，以及锥型喷嘴等效孔径的研究

8、。这对气I体团簇源的制备及基于气体团簇的应用研究、激光与团簇相互作用机制的理解，乃至对激光与物质相互作用机制的深入理解有一定的意义。关键词：团簇平均尺寸，喷流原子密度，锥型喷嘴等效孔径，Hagena尺寸定律，Fluent软件，Boldarev模型IISTUDYONSUPERSONICGASCLUSTER