碟片激光晶體射流冷卻的設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、碟片激光器是新一代的固體激光器。和傳統(tǒng)的固體激光器相比而言,碟片激光器的本質(zhì)區(qū)別在于激光工作物質(zhì)形狀的改變。傳統(tǒng)的固體激光器的工作物質(zhì)的形狀大多為棒狀或長(zhǎng)條狀,碟片晶體的形狀為厚度僅為微米量級(jí)的薄型圓柱體?，F(xiàn)有的碟片晶體多是 Yb:YAG晶體,為準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng),對(duì)溫度敏感。如果在高功率泵浦下,Yb:YAG晶體的溫度會(huì)上升,會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力進(jìn)而導(dǎo)致形變,這樣會(huì)影響諧振腔的結(jié)構(gòu),影響激光輸出功率,光-光轉(zhuǎn)換效率,光束質(zhì)量等。如果在溫度持續(xù)上升并且

2、分布不均勻的情況下甚至?xí)沟w碎裂,所以碟片晶體必須有一套穩(wěn)定的高效冷卻系統(tǒng)。
　　本論文針對(duì)高功率碟片激光器激光晶體生熱量與生熱密度都較大的情況,對(duì)比分析各種主流換熱方法,結(jié)合工程化應(yīng)用的問(wèn)題,綜合考慮設(shè)計(jì)射流沖擊冷卻方案,然后結(jié)合本課題的實(shí)際情況和射流沖擊冷卻結(jié)構(gòu),確定研究射流沖擊冷卻的方法為實(shí)驗(yàn)測(cè)量和有限元數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法?？紤]到碟片激光晶體的價(jià)格昂貴和激光器運(yùn)行過(guò)程中的溫度難以測(cè)量,采用替代熱源和替代受熱體進(jìn)行射流

3、沖擊換熱實(shí)驗(yàn),結(jié)合熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的定律,推導(dǎo)出替代實(shí)驗(yàn)中熱流量和對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算方法,有限元數(shù)值模擬采用著名成熟商業(yè)軟件FLUENT進(jìn)行。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和有限元數(shù)值計(jì)算對(duì)影響射流冷卻的因素做對(duì)比分析,得出結(jié)論:提高噴射流速,減小噴射距離,在一定范圍內(nèi)降低溫度,都會(huì)對(duì)射流冷卻的換熱能力有較大的提升,流體的種類選擇對(duì)換熱能力的影響很重要。并且在噴嘴的形式上,多孔的噴嘴換熱能力要略大于多導(dǎo)管,但是均勻性稍差,要想在局部獲取高換熱系