基于电场和气流的光学表面污染物在位去除技术研究

发布时间：2020-11-05 20:22

　　 大型激光驱动器是惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)装置的核心,负载能力和转换效率的提高是目前该类装置的瓶颈,也是研究的重点,而光学元件损伤阈值是限制装置负载能力提升的关键。光学元件表面缺陷和污染会导致高能激光通过时光学元件表面的损伤,从而降低光学元件的损伤阈值,缩短光学元件的使用寿命,增加光学元件的维护成本。随着装置规模的增大,通常采用的光学元件在线更换、离线洁净技术导致装置运行效率极低。洁净风刀和静电技术目前在除尘领域应用比较广泛,通过结合洁净风刀和静电技术,研究光学元件表面污染物的在位去除机理和方法,将为大型激光驱动器中光学元件的洁净设计奠定技术基础。首先,通过分析大型激光驱动器运行过程中产生的污染物微粒的来源和性质,建立带静电的污染物微粒与光学元件表面之间的粘附力计算数学模型,获得污染物微粒尺寸对粘附力的影响规律,以及不同尺寸的污染物微粒从光学元件表面剥离所需要的电场强度。其次,分别使用ANSYS软件和CST软件建立基于电场去除光学元件表面污染物微粒的仿真模型,分析电源电压、电极距离对光学元件表面电场强度分布的影响规律,计算不同尺寸的污染物微粒从光学元件表面去除所需的电场参数;在此基础上,结合风刀的流场计算结果,提出基于电场和气流实现光学元件表面污染物微粒去除的设计参数。最后,设计并搭建基于电场和气流的光学元件表面污染物去除实验装置,实验研究电场相关参数和气流相关参数对污染物去除效果的影响规律,验证理论计算结果的正确性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL632
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源和研究背景及意义
    1.2 国内外相关研究现状及分析
        1.2.1 光学元件离线洁净技术的研究现状
        1.2.2 基于气流的光学元件洁净技术研究现状
        1.2.3 基于静电的洁净技术研究现状
    1.3 现阶段存在的问题
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 污染物微粒与光学表面间粘附力分析
    2.1 引言
    2.2 影响污染物微粒和光学表面的粘附力的因素
        2.2.1 污染物微粒与光学元件的固有属性因素
        2.2.2 污染物微粒和光学元件的相互作用因素
        2.2.3 外界环境因素
    2.3 污染物微粒与光学表面之间粘附力的分析
        2.3.1 范德华力与微粒尺寸的关系
        2.3.2 静电力与微粒尺寸的关系
        2.3.3 重力与微粒尺寸的关系
        2.3.4 粘附力作用对比
    2.4 本章小结
第3章 电场和气流作用下污染物去除的仿真分析
    3.1 引言
    3.2 电场作用下污染物微粒去除的理论分析
        3.2.1 污染物微粒在电场下受力分析
        3.2.2 去除污染物微粒所需电场强度分析
    3.3 基于ANSYS的电场二维仿真
        3.3.1 ANSYS仿真过程概述
        3.3.2 ANSYS仿真结果分析
    3.4 基于CST的电场三维仿真
        3.4.1 CST仿真过程概述
        3.4.2 CST仿真结果分析
    3.5 结合静电与风刀的去除方法分析
    3.6 本章小结
第4章 洁净系统的实验分析
    4.1 引言
    4.2 实验设计
        4.2.1 实验装置的设计
        4.2.2 污染物微粒及光学元件的选择
        4.2.3 污染物微粒的喷洒与检测
    4.3 基于静电的污染物去除实验研究
    4.4 结合静电和风刀的去除实验研究
    4.5 去除工艺对微粒二次沉降的影响
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


本文编号：2872139