碟片激光晶體射流沖擊冷卻技術(shù)研究.pdf

1、碟片激光器具有高輸出功率、高光-光轉(zhuǎn)換效率、高光束質(zhì)量的優(yōu)點。由于具有生熱率較低、吸收譜線寬、可摻雜濃度高等優(yōu)勢，現(xiàn)有的碟片激光器多使用Yb:YAG晶體作為工作物質(zhì)。但是Yb:YAG 晶體為準(zhǔn)三能級結(jié)構(gòu)，對溫度敏感。隨著Yb:YAG晶體溫度的升高，激光器的輸出閾值會增大、斜率效率會降低、輸出光束質(zhì)量會變差。這就要求碟片激光晶體必須配合高效的冷卻系統(tǒng)使用。
　　 本文在介紹傳熱學(xué)以及射流力學(xué)相關(guān)原理之后，簡單介紹了FLUENT 軟

2、件的計算原理以及實驗測試平臺，標(biāo)定了實驗研究中的熱流量。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，本論文通過數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方式分析了單孔噴射模型換熱特性。通過對不同噴射距離、不同噴射速度下單孔噴射模型換熱特性的分析，發(fā)現(xiàn)提高噴射速度、縮短噴射距離都可以提高系統(tǒng)的換熱能力。但是單孔噴射冷卻系統(tǒng)難以實現(xiàn)噴射速度與噴射面積的兼顧，無法滿足碟片激光晶體的冷卻需求。
　　 本論文通過分析多孔陣列噴射模型不同噴射

3、距離的換熱特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴射距離小于10mm 時，噴射距離對換熱系數(shù)的影響很小，峰值均在75000WK-1m-2 左右。但是將噴射速度提高一倍，換熱系數(shù)的峰值將達(dá)到147000 WK-1m-2。通過多導(dǎo)管陣列噴射模型與多孔陣列噴射模型的對比研究可以發(fā)現(xiàn)：多導(dǎo)管陣列噴射模型在相同的壓力下可以提高噴射速度但是也會降低被沖擊表面的湍流度，最終導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)的減小。經(jīng)過多種噴射模型的對比分析以及實驗研究得出多孔陣列結(jié)構(gòu)的冷卻指適用于碟片激光晶體的端