激光增益模块热流固耦合模拟及安全因素分析

发布时间：2021-01-31 22:08

　　固体激光器在国防建设、国民经济、科技研发及日常生活等领域均有广泛应用,但其在使用过程中受热效应的影响,存在输出功率受限、出光质量降低和安全风险等问题。随着高功率激光器的迅速发展,采用微通道冷却系统的直接液冷固体激光器由于其换热能力好、输出功率高等优势受到了研究者们的关注。本文依据某小型直接液冷固体激光器的实际参数,建立液冷系统的微通道和增益模块计算模型,并采用FLUENT等软件进行数值模拟,分析相关参数对微通道内流动与传热特性的影响规律。在此基础上,进一步研究增益模块的热应力和光程差分布,分析增益模块的优化参数和安全性因素。微通道内流动与传热特性的模拟结果表明,测试段高度增大、壁面相对粗糙度增大、入口段收缩比增大均会使转捩雷诺数增大;薄片热负荷对流动转捩点无影响,热负荷、测试段高度增加均会使换热效果降低,且在每一热负荷下均存在最小流体雷诺数即最小流速,低于最小流速不利于激光器的安全运行;通过正交模拟试验得到微通道的最优设计参数组合为:测试段高度0.5mm、壁面光滑、入口段收缩比为9,此时的转捩雷诺数为3100。增益模块热应力的热流固耦合模拟结果及光程差计算结果表明,当热负荷为800W、... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 直接液冷固体激光器的研究现状
    1.2 微通道冷却技术的研究现状
        1.2.1 微通道内流体流动特性的研究现状
        1.2.2 微通道内流体传热特性的研究现状
        1.2.3 激光器微通道冷却系统安全性因素分析的研究现状
    1.3 计算方法和软件介绍
        1.3.1 热流固耦合方法
        1.3.2 软件介绍
    1.4 本文研究内容
2 微通道与增益模块计算模型建立
    2.1 微通道流动与传热模拟计算模型
        2.1.1 微通道物理模型建立
        2.1.2 微通道数学模型建立
        2.1.3 微通道湍流模型选择
    2.2 增益模块热应力模拟计算模型
        2.2.1 热流固耦合物理模型建立
        2.2.2 热流固耦合数学模型建立
    2.3 增益模块光程差计算模型
    2.4 本章小结
3 微通道流动与传热模拟
    3.1 微通道流动特性影响因素分析
        3.1.1 缓冲段长度
        3.1.2 测试段高度
        3.1.3 壁面相对粗糙度
        3.1.4 入口段收缩比
    3.2 正交模拟试验法优化转捩影响因素
        3.2.1 正交模拟试验方案
        3.2.2 正交模拟试验结果分析
    3.3 微通道传热特性影响因素分析
        3.3.1 流道位置的影响
        3.3.2 测试段高度的影响
        3.3.3 热负荷的影响
    3.4 本章小结
4 增益模块热应力及光程差计算
    4.1 增益模块热应力模拟结果分析
    4.2 增益模块光程差计算结果分析
    4.3 增益模块热应力与光程差影响因素探究
        4.3.1 流体流向的影响
        4.3.2 雷诺数的影响
        4.3.3 热负荷的影响
    4.4 增益模块安全因素分析
        4.4.1 激光器操作风险
        4.4.2 激光器增益模块安全因素分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3011662