高热流密度激光介质喷雾冷却技术研究
发布时间：2021-11-18 10:59
喷雾冷却技术具有冷却效率高、工质量小、系统结构紧凑、无沸腾滞后性且无接触热阻等优点,在激光技术、微电子、航天技术、国防等领域具备重要的应用潜力。本文围绕高热流密度激光介质高效散热和均匀冷却需求,通过数值模拟和实验研究相结合的方法探索多因素条件对喷雾冷却换热性能和温度均匀性的影响规律,具体包括以下内容:1)调研了喷雾冷却国内外研究现状,详细介绍了喷雾冷却技术的冷却机理、换热特点,评估分析了喷雾冷却技术在高热流密度激光介质的应用前景。2)根据高热流密度激光介质喷雾冷却研究需求,设计了开式单喷嘴喷雾冷却可视化实验平台。详细介绍了在实验平台中使用的设备和器件设计:模拟热源设计、冷却工质选择、雾化喷嘴选择、喷雾腔设计、供液系统部件设计与选择、数据测量和采集系统部件选择。3)建立了喷雾冷却三维几何模型,采用Discrete Phase Model（基于欧拉-拉格朗日）对喷雾冷却流场以及热源表面冷却状况进行了详细的仿真分析研究。模拟研究发现在特定条件下,喷雾冷却只发生在单相区,喷淋高度在（5～30 mm）范围内调节时,存在最佳喷淋高度（10 mm）,可实现热源表面温度最低、表面温度均匀性最佳。固定喷...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｎｄ离子和Ｙｂ离子能级示意图，表示能级跃迁的实线分别为泵浦吸收和激光发射
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【参考文献】：
期刊论文
[1]端面泵浦薄片激光器热效应补偿方法的研究[J]. 曹健东,程小劲,范米,项博良. 光电子·激光. 2019(02)
[2]机载喷雾冷却换热特性关键影响因素实验研究[J]. 王瑜,蒋彦龙,周年勇. 中国测试. 2016(05)
[3]喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素[J]. 王亚青,刘明侯,刘东,王璐,郭红. 强激光与粒子束. 2011(09)
[4]系统压力影响下的喷雾冷却特性及温度均匀性[J]. 程文龙,韩丰云,刘期聂,范含林. 化工学报. 2010(12)
[5]封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究[J]. 程文龙,赵锐,韩丰云,刘期聂,范含林. 宇航学报. 2010(06)
[6]大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究[J]. 王亚青,刘明侯,刘东,徐侃. 中国激光. 2009(08)
[7]全固态激光直接抽运技术的发展和研究现状[J]. 何坤娜,魏志义,张治国,高春清. 中国激光. 2009(07)
[8]激光二极管端面抽运Nd∶YVO4板条激光器及其热效应[J]. 邵杰,李小莉,冯宇彤,陆雨田. 光学学报. 2008(03)
[9]聚丙烯塑料激光透射焊接工艺[J]. 王霄,张惠中,丁国民,季进清,刘会霞. 中国激光. 2008(03)
[10]大功率固体激光器冷却技术进展[J]. 陶毓伽,淮秀兰,李志刚,蔡军. 激光杂志. 2007(02)
博士论文
[1]紧凑型喷雾冷却系统强化换热的研究[D]. 章玮玮.中国科学技术大学 2017
[2]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
[3]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[4]大功率固态激光器中的传热与热应力研究[D]. 李志刚.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[5]高功率固体激光系统的热效应及热管理研究[D]. 曹丁象.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]端面泵浦Nd:YAG脉冲激光器输出特性与热效应研究[D]. 刘宇乾.长春理工大学 2019
[2]基于镓酸锌近红外长余辉材料的掺杂改性及其发光性能的研究[D]. 李瑞亨.杭州电子科技大学 2018
本文编号：3502776
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｎｄ离子和Ｙｂ离子能级示意图，表示能级跃迁的实线分别为泵浦吸收和激光发射
?第１章绪论???－－????ｇ?ｔ?？?＼?—??，；＼?．ｉｌ?■？？＇？？？＞??Ｍ?＇Ｘ?－．．??〇?－?－?．?■■?．?？?Ｉ??？?ａ?４?？?ｔ?ｔｉ??＾ｉｋ＊Ｗ??图１．２热透镜焦距随泵浦功率变化示意图心??３）热应力：激光介质由于温度分布不均匀使介质材料发生不同程度的热膨胀现象，??产生应力，当应力超过介质材料承受极限时，激光介质发生碎裂。同时，介质材料内部??热应力的产生又会引起双折射效应。如图Ｌ３［１３］所示，薄片晶体在温度最高位置产生最??大应力，同样的在应力最大位置产生最大的形变，如图１．４所示。当激光介质材料无法??承受过大应力时便会造成介质材料的损坏。??Ｃ．?ＩＭｉ?ａｒＮｉａｎｌ??Ｍｌ＿Ｈ??ＩＳ，，?＾?＾??■獵－：．．．喝＿＾??？－Ｗ８?＼ＭＯ?ＩＣＸＭ??ＵＮ?＇ＪＷ??图１．３薄片晶体应力分布＿??ＣＢＭｃＢｒｗｔｍＵ??Ｔｗ?Ｏｅ＇ｅ－ｆｗｔｔｅｅ??Ｔ＾ｔＭ＇?ｐ一＿，＿，一，??ａ＾ｎｒｒａ＊??ｔｉｓＨｉ?鼂、??ｙ：＾，??％Ｍ?＼ＭＨ?＇Ｏｔｘ?＊＊＞？??．５“??图１．４薄片晶体总变形分布Ｉ?ｌ３ｌ??随着泵浦功率增加，固体激光介质热耗散功率增加，即在高泵浦功率下，激光器的??热效应问题也愈发严重。在激光器泵浦能量可控条件下，激光介质材料的热应力断裂极??限决定了固体激光器的最高输出功率水平［１４］。随着固体激光器输出功率水平的不断提升??２??
?第１章绪论???－－????ｇ?ｔ?？?＼?—??，；＼?．ｉｌ?■？？＇？？？＞??Ｍ?＇Ｘ?－．．??〇?－?－?．?■■?．?？?Ｉ??？?ａ?４?？?ｔ?ｔｉ??＾ｉｋ＊Ｗ??图１．２热透镜焦距随泵浦功率变化示意图心??３）热应力：激光介质由于温度分布不均匀使介质材料发生不同程度的热膨胀现象，??产生应力，当应力超过介质材料承受极限时，激光介质发生碎裂。同时，介质材料内部??热应力的产生又会引起双折射效应。如图Ｌ３［１３］所示，薄片晶体在温度最高位置产生最??大应力，同样的在应力最大位置产生最大的形变，如图１．４所示。当激光介质材料无法??承受过大应力时便会造成介质材料的损坏。??Ｃ．?ＩＭｉ?ａｒＮｉａｎｌ??Ｍｌ＿Ｈ??ＩＳ，，?＾?＾??■獵－：．．．喝＿＾??？－Ｗ８?＼ＭＯ?ＩＣＸＭ??ＵＮ?＇ＪＷ??图１．３薄片晶体应力分布＿??ＣＢＭｃＢｒｗｔｍＵ??Ｔｗ?Ｏｅ＇ｅ－ｆｗｔｔｅｅ??Ｔ＾ｔＭ＇?ｐ一＿，＿，一，??ａ＾ｎｒｒａ＊??ｔｉｓＨｉ?鼂、??ｙ：＾，??％Ｍ?＼ＭＨ?＇Ｏｔｘ?＊＊＞？??．５“??图１．４薄片晶体总变形分布Ｉ?ｌ３ｌ??随着泵浦功率增加，固体激光介质热耗散功率增加，即在高泵浦功率下，激光器的??热效应问题也愈发严重。在激光器泵浦能量可控条件下，激光介质材料的热应力断裂极??限决定了固体激光器的最高输出功率水平［１４］。随着固体激光器输出功率水平的不断提升??２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]端面泵浦薄片激光器热效应补偿方法的研究[J]. 曹健东,程小劲,范米,项博良. 光电子·激光. 2019(02)
[2]机载喷雾冷却换热特性关键影响因素实验研究[J]. 王瑜,蒋彦龙,周年勇. 中国测试. 2016(05)
[3]喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素[J]. 王亚青,刘明侯,刘东,王璐,郭红. 强激光与粒子束. 2011(09)
[4]系统压力影响下的喷雾冷却特性及温度均匀性[J]. 程文龙,韩丰云,刘期聂,范含林. 化工学报. 2010(12)
[5]封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究[J]. 程文龙,赵锐,韩丰云,刘期聂,范含林. 宇航学报. 2010(06)
[6]大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究[J]. 王亚青,刘明侯,刘东,徐侃. 中国激光. 2009(08)
[7]全固态激光直接抽运技术的发展和研究现状[J]. 何坤娜,魏志义,张治国,高春清. 中国激光. 2009(07)
[8]激光二极管端面抽运Nd∶YVO4板条激光器及其热效应[J]. 邵杰,李小莉,冯宇彤,陆雨田. 光学学报. 2008(03)
[9]聚丙烯塑料激光透射焊接工艺[J]. 王霄,张惠中,丁国民,季进清,刘会霞. 中国激光. 2008(03)
[10]大功率固体激光器冷却技术进展[J]. 陶毓伽,淮秀兰,李志刚,蔡军. 激光杂志. 2007(02)
博士论文
[1]紧凑型喷雾冷却系统强化换热的研究[D]. 章玮玮.中国科学技术大学 2017
[2]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
[3]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[4]大功率固态激光器中的传热与热应力研究[D]. 李志刚.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[5]高功率固体激光系统的热效应及热管理研究[D]. 曹丁象.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]端面泵浦Nd:YAG脉冲激光器输出特性与热效应研究[D]. 刘宇乾.长春理工大学 2019
[2]基于镓酸锌近红外长余辉材料的掺杂改性及其发光性能的研究[D]. 李瑞亨.杭州电子科技大学 2018
本文编号：3502776
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