碟片激光晶體射流冷卻的設(shè)計與優(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條狀,碟片晶體的形狀為厚度僅為微米量級的薄型圓柱體?，F(xiàn)有的碟片晶體多是 Yb:YAG晶體,為準(zhǔn)三能級系統(tǒng),對溫度敏感。如果在高功率泵浦下,Yb:YAG晶體的溫度會上升,會產(chǎn)生熱應(yīng)力進(jìn)而導(dǎo)致形變,這樣會影響諧振腔的結(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,對比分析各種主流換熱方法,結(jié)合工程化應(yīng)用的問題,綜合考慮設(shè)計射流沖擊冷卻方案,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)測量和有限元數(shù)值計算相結(jié)合的方法?？紤]到碟片激光晶體的價格昂貴和激光器運(yùn)行過程中的溫度難以測量,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)和熱對流的定律,推導(dǎo)出替代實(shí)驗(yàn)中熱流量和對流換熱系數(shù)的計算方法,有限元數(shù)值模擬采用著名成熟商業(yè)軟件FLUENT進(jìn)行。
　　通過實(shí)驗(yàn)測量和有限元數(shù)值計算對影響射流冷卻的因素做對比分析,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,都會對射流冷卻的換熱能力有較大的提升,流體的種類選擇對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