氧碘化学激光器是一种短波化学激光器,在军事、工业和各种民用产业中都有广泛的应用。单重态氧发生器是氧碘化学激光器的重要组件,所以单重态氧发生器的工作性能可以直接影响到化学氧碘激光器的工作效率。目前,提高发生器内气液分离效率是喷雾式发生器的关键。本文的主要研究工作如下:(1)针对喷雾式气液反应器的气液挟带问题和气体处理量小的问题,设计了高速流动离心喷雾式气液分离器,该高速流动离心喷雾式气液分离器具有阶梯状圆筒形外壳,内部有带有喷嘴的转子及挡液环。液体在一定压力下由喷嘴雾化后,形成液滴喷出,进入分离腔体内,气体和液体在旋转轴高速旋转形成的离心力场内相遇,气体与喷雾状液体反应,极大提高了接触表面积,气体和液体之间反应更迅速,化学反应效率更高,同时液体分离后经过两级排液口,挡液环的存在能有效阻挡气体中挟带的液体,极大提高了分离效率。(2)本文采用CFD方法研究气液反应器内流动情况,对该反应器建立了计算模型,研究了气液反应器中分离效率和连续相流场、离散相的液体颗粒的运动特性,系统分析了结构参数、物性参数和操作参数对气液反应器分离性能的影响,获得了分离特性曲线。模拟结果表明:气液反应器在3000/min转速和5mol/s气体量条件下能达到对90μm液滴100%分离效率,气流中不含水汽,分离时间在5ms内。新设计的排液结构的排液速度是之前设备的1.4倍。(3)搭建实验平台,分析了不同参数下实验设备的性能,在实验完成后,对比实验过程和模拟过程的数据,验证了所研究的高速流动离心喷雾式气液分离器的气液分离性能。实验结果与模拟较吻合,高速流动离心喷雾式气液分离器内的气液接触面积大,喷雾效果好,增大了反应的比表面积,为气液两相快速反应提供了条件,新设计的筒体结构的气体处理量提高了10倍,液滴挟带减少20%。综合研究表明,本文设计的高速流动喷雾式气液分离器符合所需要的处理量,分离迅速,可满足单重态氧发生器所需要的气液分离性能。对单重态氧发生器的发展提供了指导意义。(4)针对在实验研究过程中设备出现的正常运行时间短的问题,再次进行了结构改进设计,以克服其缺陷,并从模拟上论证了实验的可行性。对设备进行了完善。针对完善后的设备做了数值模拟,模拟结果显示改进后的设备分离效率进一步提升。气流中不含水汽,气液反应器在10000r/min转速下可对10μm以上液滴实现100%分离。