用于激光尾波加速的弯曲毛细管内气流运动的模拟研究

高压放电充气毛细管可产生等离子体通道,用于激光尾波加速.为探究尾波级联加速所使用毛细管内的气体流动及分布规律,本文建立了基于标准k-ε模型的弯曲毛细管内气体流动计算模型.以氦气为工质,对弯曲毛细管内可压气体流动过程进行数值模拟,分析了不同结构、充气背压、充气口位置对毛细管内气体密度分布及速度场的影响.结果表明:双侧对冲弯曲毛细管在充气口之间管段具有较为稳定的气体密度分布,充气口附近气体密度波动随充气口与毛细管两端距离的增大而减小;在“直+弯”结构的级联加速毛细管中,负责电子注入的直通道口径会对弯管内气体密度分布造成影响,当电子注入通道口径小于150μm时,弯曲毛细管内气体流动受到直通道的影响较小,可作为级联结构中的电子束导引通道.

微细管内流动特性的数值分析

通过结合实验数据的数值计算方法研究了微细管道内可压流动的流动特性,提出了改进的表面粗糙度粘性系数模型,将表面粗糙度的影响引入计算模型中,计算结果与实验数据符合较好,说明表面粗糙度是影响微细管道内气体流动特性的重要因素。扩张管的计算结果表明在Re>450时,流动开始由层流向湍流转捩。因此微细管内流动的数值模拟需综合考虑粗糙度的影响以及流动的提前转捩,才能得到与实验比较吻合的计算值。