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碟片激光晶体射流冲击冷却技术研究

作　者: 陈鹏
导　师: 朱长虹
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 高功率碟片激光晶体射流冲击冷却指阵列
分类号: TN244
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
引　用: 1次
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内容摘要

碟片激光器具有高输出功率、高光-光转换效率、高光束质量的优点。由于具有生热率较低、吸收谱线宽、可掺杂浓度高等优势,现有的碟片激光器多使用Yb:YAG晶体作为工作物质。但是Yb:YAG晶体为准三能级结构,对温度敏感。随着Yb:YAG晶体温度的升高,激光器的输出阈值会增大、斜率效率会降低、输出光束质量会变差。这就要求碟片激光晶体必须配合高效的冷却系统使用。本文在介绍传热学以及射流力学相关原理之后,简单介绍了FLUENT软件的计算原理以及实验测试平台,标定了实验研究中的热流量。针对高功率碟片激光器激光晶体生热量与生热密度都较大的情况,本论文通过数值模拟和实验研究相结合的方式分析了单孔喷射模型换热特性。通过对不同喷射距离、不同喷射速度下单孔喷射模型换热特性的分析,发现提高喷射速度、缩短喷射距离都可以提高系统的换热能力。但是单孔喷射冷却系统难以实现喷射速度与喷射面积的兼顾,无法满足碟片激光晶体的冷却需求。本论文通过分析多孔阵列喷射模型不同喷射距离的换热特性,发现当喷射距离小于10mm时,喷射距离对换热系数的影响很小,峰值均在75000WK-1m-2左右。但是将喷射速度提高一倍,换热系数的峰值将达到147000 WK-1m-2。通过多导管阵列喷射模型与多孔阵列喷射模型的对比研究可以发现:多导管阵列喷射模型在相同的压力下可以提高喷射速度但是也会降低被冲击表面的湍流度,最终导致换热系数的减小。经过多种喷射模型的对比分析以及实验研究得出多孔阵列结构的冷却指适用于碟片激光晶体的端面冷却。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 研究碟片激光晶体冷却技术的意义  9-12
  1.2 国内外研究概况  12-13
  1.3 本课题研究内容  13-15
2 射流冲击冷却简介  15-30
  2.1 传热的基本方式及其机理  15-16
  2.2 傅里叶(Fourier)定律  16-18
  2.3 射流力学概述  18-25
  2.4 对流换热速率与对流表面换热系数  25
  2.5 与对流传热有关的准数  25-26
  2.6 利用准数关系式确定换热系数  26-27
  2.7 总传热系数  27-29
  2.8 小结  29-30
3 数值模拟及实验研究平台简介  30-36
  3.1 FLUENT 简介  30-31
  3.2 实验装置设计及选取  31-34
  3.3 热流量标定  34-36
4 单孔喷射模型试验研究及数值模拟  36-49
  4.1 无喷嘴结构的单孔喷射模型实验研究及数值模拟  36-45
  4.2 实心锥喷嘴喷射冷却实验研究  45-47
  4.3 小结  47-49
5 阵列喷射模型试验研究及数值模拟  49-64
  5.1 多孔阵列喷射模型试验研究及数值模拟  49-57
  5.2 多导管阵列喷射模型试验研究及数值模拟  57-62
  5.3 本章小结  62-64
6 总结与展望  64-67
  6.1 总结  64-65
  6.2 展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71

碟片激光晶体射流冲击冷却技术研究

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