高功率固体激光器微通道冷却结构的数值研究
发布时间：2021-01-24 00:49
针对端面泵浦固体激光器的微通道冷却结构,基于流-固-热耦合的数值方法计算了不同冷却液流量下增益介质内部的温度分布和冷却结构的流动阻力,为下一步冷却结构的改进提供了理论依据。计算结果表明:当冷却液流量增加至15 L/min时,增益介质的最高温度不再出现明显下降,此时微通道冷却结构的内部流动阻力不会对冷却系统运行造成明显的影响;冷却结构的进出口位置及水冷方向对增益介质内部的热分布具有较大的影响。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双面串联冷却结构的计算模型示意图。
Nd:YAG板条结构示意图
表2 不同冷却液流量下的计算结果Table 2 Computation results under different volume flow rates Volume flowrate Q /(L·min-1) Temperature differencebetween inletand outletΔT /℃ Max temperatureon middleface of gainmedium T /℃ Max temperatureon surfaceof gain mediumnear inletT1 /℃ Max temperatureon surfaceof gain mediumnear outlet T2 /℃ Pressure dropΔP /kPa 5 15.63 108.78 54.93 61.00 7.5 10 7.73 104.02 50.73 53.79 17.2 15 5.17 102.49 49.41 51.49 28.1 20 3.86 101.70 48.76 50.34 41.1 25 3.09 101.25 48.41 49.66 55.5图3所示为晶体中心面最高温度随冷却液流量的变化曲线。由图3可得,随着流量的增加,晶体中心面的温度逐渐下降。这是因为流量增加时,微通道内的平均流速相应增加,较大的流速有助于减薄固体壁面附近的流动边界层,同时加强了流体内部的扰动,有效提高了微通道的对流换热系数,进而降低了晶体的最高温度。然而,冷却液流量的迅速增加并没有使晶体中心面的最高温度得到非常明显的改善,当流量大于15 L/min时,晶体中心面最高温度的降低速率明显减小。这主要是因为在热量从晶体向冷却液传递途径中,存在着晶体自身的导热热阻、晶体封装的接触热阻、微通道热沉基板的导热热阻,以及微通道内部的对流换热热阻,晶体自身的导热系数较小,在整个传热途径的热阻中占据了非常高的比例,而对流换热热阻和热沉基板的导热热阻则只占据了较小的比例,故当流量增加到一定程度后,继续通过提高冷却液流量来减小对流换热热阻,对总热阻的影响并不大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体激光泵浦复合晶体固体激光器的热效应[J]. 杨丽颖,李嘉强,张金玉,徐晓明,曹剑. 发光学报. 2017(06)
[2]LD端面泵浦变热导率圆片Yb∶YAG激光器的热效应[J]. 耿鹰鸽,李隆,潘晓瑞,傅依柳,高当丽. 光学技术. 2017(02)
[3]激光二极管双侧泵平板Nd:LuVO4晶体热效应[J]. 张建军,李金平,王锐. 红外与激光工程. 2012(03)
[4]高功率板条放大器冷却系统模拟及优化设计[J]. 王建磊,李磊,施翔春,尹亮,马秀华,朱小磊. 中国激光. 2010(06)
[5]高功率固体激光器冷却技术[J]. 田长青,徐洪波,曹宏章,司春强. 中国激光. 2009(07)
[6]LD抽运复合YAG晶体温度场及热透镜效应研究[J]. 李锋,刘蓉,白晋涛,侯洵. 激光技术. 2008(01)
[7]全固体小型Yb∶YAG激光器热效应及输出特性研究[J]. 杨鸿儒,左铁钏. 光子学报. 2003(08)
博士论文
[1]高功率固体激光器热管理新技术研究[D]. 王明哲.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]Nd：YAG固体激光器的热效应研究[D]. 关丽.南京邮电大学 2012
[2]LD端泵固体激光器微通道冷却技术研究[D]. 张震.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：2996239
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双面串联冷却结构的计算模型示意图。
Nd:YAG板条结构示意图
表2 不同冷却液流量下的计算结果Table 2 Computation results under different volume flow rates Volume flowrate Q /(L·min-1) Temperature differencebetween inletand outletΔT /℃ Max temperatureon middleface of gainmedium T /℃ Max temperatureon surfaceof gain mediumnear inletT1 /℃ Max temperatureon surfaceof gain mediumnear outlet T2 /℃ Pressure dropΔP /kPa 5 15.63 108.78 54.93 61.00 7.5 10 7.73 104.02 50.73 53.79 17.2 15 5.17 102.49 49.41 51.49 28.1 20 3.86 101.70 48.76 50.34 41.1 25 3.09 101.25 48.41 49.66 55.5图3所示为晶体中心面最高温度随冷却液流量的变化曲线。由图3可得,随着流量的增加,晶体中心面的温度逐渐下降。这是因为流量增加时,微通道内的平均流速相应增加,较大的流速有助于减薄固体壁面附近的流动边界层,同时加强了流体内部的扰动,有效提高了微通道的对流换热系数,进而降低了晶体的最高温度。然而,冷却液流量的迅速增加并没有使晶体中心面的最高温度得到非常明显的改善,当流量大于15 L/min时,晶体中心面最高温度的降低速率明显减小。这主要是因为在热量从晶体向冷却液传递途径中,存在着晶体自身的导热热阻、晶体封装的接触热阻、微通道热沉基板的导热热阻,以及微通道内部的对流换热热阻,晶体自身的导热系数较小,在整个传热途径的热阻中占据了非常高的比例,而对流换热热阻和热沉基板的导热热阻则只占据了较小的比例,故当流量增加到一定程度后,继续通过提高冷却液流量来减小对流换热热阻,对总热阻的影响并不大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体激光泵浦复合晶体固体激光器的热效应[J]. 杨丽颖,李嘉强,张金玉,徐晓明,曹剑. 发光学报. 2017(06)
[2]LD端面泵浦变热导率圆片Yb∶YAG激光器的热效应[J]. 耿鹰鸽,李隆,潘晓瑞,傅依柳,高当丽. 光学技术. 2017(02)
[3]激光二极管双侧泵平板Nd:LuVO4晶体热效应[J]. 张建军,李金平,王锐. 红外与激光工程. 2012(03)
[4]高功率板条放大器冷却系统模拟及优化设计[J]. 王建磊,李磊,施翔春,尹亮,马秀华,朱小磊. 中国激光. 2010(06)
[5]高功率固体激光器冷却技术[J]. 田长青,徐洪波,曹宏章,司春强. 中国激光. 2009(07)
[6]LD抽运复合YAG晶体温度场及热透镜效应研究[J]. 李锋,刘蓉,白晋涛,侯洵. 激光技术. 2008(01)
[7]全固体小型Yb∶YAG激光器热效应及输出特性研究[J]. 杨鸿儒,左铁钏. 光子学报. 2003(08)
博士论文
[1]高功率固体激光器热管理新技术研究[D]. 王明哲.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]Nd：YAG固体激光器的热效应研究[D]. 关丽.南京邮电大学 2012
[2]LD端泵固体激光器微通道冷却技术研究[D]. 张震.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：2996239
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