高功率固體激光器微通道冷卻結(jié)構(gòu)的數(shù)值研究
發(fā)布時間：2021-01-24 00:49
針對端面泵浦固體激光器的微通道冷卻結(jié)構(gòu),基于流-固-熱耦合的數(shù)值方法計算了不同冷卻液流量下增益介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布和冷卻結(jié)構(gòu)的流動阻力,為下一步冷卻結(jié)構(gòu)的改進提供了理論依據(jù)。計算結(jié)果表明:當冷卻液流量增加至15 L/min時,增益介質(zhì)的最高溫度不再出現(xiàn)明顯下降,此時微通道冷卻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流動阻力不會對冷卻系統(tǒng)運行造成明顯的影響;冷卻結(jié)構(gòu)的進出口位置及水冷方向?qū)υ鲆娼橘|(zhì)內(nèi)部的熱分布具有較大的影響。
【文章來源】：中國激光. 2020,47(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
圖1 雙面串聯(lián)冷卻結(jié)構(gòu)的計算模型示意圖。
Nd:YAG板條結(jié)構(gòu)示意圖
表2 不同冷卻液流量下的計算結(jié)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圖3所示為晶體中心面最高溫度隨冷卻液流量的變化曲線。由圖3可得,隨著流量的增加,晶體中心面的溫度逐漸下降。這是因為流量增加時,微通道內(nèi)的平均流速相應(yīng)增加,較大的流速有助于減薄固體壁面附近的流動邊界層,同時加強了流體內(nèi)部的擾動,有效提高了微通道的對流換熱系數(shù),進而降低了晶體的最高溫度。然而,冷卻液流量的迅速增加并沒有使晶體中心面的最高溫度得到非常明顯的改善,當流量大于15 L/min時,晶體中心面最高溫度的降低速率明顯減小。這主要是因為在熱量從晶體向冷卻液傳遞途徑中,存在著晶體自身的導(dǎo)熱熱阻、晶體封裝的接觸熱阻、微通道熱沉基板的導(dǎo)熱熱阻,以及微通道內(nèi)部的對流換熱熱阻,晶體自身的導(dǎo)熱系數(shù)較小,在整個傳熱途徑的熱阻中占據(jù)了非常高的比例,而對流換熱熱阻和熱沉基板的導(dǎo)熱熱阻則只占據(jù)了較小的比例,故當流量增加到一定程度后,繼續(xù)通過提高冷卻液流量來減小對流換熱熱阻,對總熱阻的影響并不大。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]半導(dǎo)體激光泵浦復(fù)合晶體固體激光器的熱效應(yīng)[J]. 楊麗穎,李嘉強,張金玉,徐曉明,曹劍. 發(fā)光學(xué)報. 2017(06)
[2]LD端面泵浦變熱導(dǎo)率圓片Yb∶YAG激光器的熱效應(yīng)[J]. 耿鷹鴿,李隆,潘曉瑞,傅依柳,高當麗. 光學(xué)技術(shù). 2017(02)
[3]激光二極管雙側(cè)泵平板Nd:LuVO4晶體熱效應(yīng)[J]. 張建軍,李金平,王銳. 紅外與激光工程. 2012(03)
[4]高功率板條放大器冷卻系統(tǒng)模擬及優(yōu)化設(shè)計[J]. 王建磊,李磊,施翔春,尹亮,馬秀華,朱小磊. 中國激光. 2010(06)
[5]高功率固體激光器冷卻技術(shù)[J]. 田長青,徐洪波,曹宏章,司春強. 中國激光. 2009(07)
[6]LD抽運復(fù)合YAG晶體溫度場及熱透鏡效應(yīng)研究[J]. 李鋒,劉蓉,白晉濤,侯洵. 激光技術(shù). 2008(01)
[7]全固體小型Yb∶YAG激光器熱效應(yīng)及輸出特性研究[J]. 楊鴻儒,左鐵釧. 光子學(xué)報. 2003(08)
博士論文
[1]高功率固體激光器熱管理新技術(shù)研究[D]. 王明哲.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
碩士論文
[1]Nd：YAG固體激光器的熱效應(yīng)研究[D]. 關(guān)麗.南京郵電大學(xué) 2012
[2]LD端泵固體激光器微通道冷卻技術(shù)研究[D]. 張震.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
本文編號：2996239
【文章來源】：中國激光. 2020,47(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
圖1 雙面串聯(lián)冷卻結(jié)構(gòu)的計算模型示意圖。
Nd:YAG板條結(jié)構(gòu)示意圖
表2 不同冷卻液流量下的計算結(jié)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圖3所示為晶體中心面最高溫度隨冷卻液流量的變化曲線。由圖3可得,隨著流量的增加,晶體中心面的溫度逐漸下降。這是因為流量增加時,微通道內(nèi)的平均流速相應(yīng)增加,較大的流速有助于減薄固體壁面附近的流動邊界層,同時加強了流體內(nèi)部的擾動,有效提高了微通道的對流換熱系數(shù),進而降低了晶體的最高溫度。然而,冷卻液流量的迅速增加并沒有使晶體中心面的最高溫度得到非常明顯的改善,當流量大于15 L/min時,晶體中心面最高溫度的降低速率明顯減小。這主要是因為在熱量從晶體向冷卻液傳遞途徑中,存在著晶體自身的導(dǎo)熱熱阻、晶體封裝的接觸熱阻、微通道熱沉基板的導(dǎo)熱熱阻,以及微通道內(nèi)部的對流換熱熱阻,晶體自身的導(dǎo)熱系數(shù)較小,在整個傳熱途徑的熱阻中占據(jù)了非常高的比例,而對流換熱熱阻和熱沉基板的導(dǎo)熱熱阻則只占據(jù)了較小的比例,故當流量增加到一定程度后,繼續(xù)通過提高冷卻液流量來減小對流換熱熱阻,對總熱阻的影響并不大。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]半導(dǎo)體激光泵浦復(fù)合晶體固體激光器的熱效應(yīng)[J]. 楊麗穎,李嘉強,張金玉,徐曉明,曹劍. 發(fā)光學(xué)報. 2017(06)
[2]LD端面泵浦變熱導(dǎo)率圓片Yb∶YAG激光器的熱效應(yīng)[J]. 耿鷹鴿,李隆,潘曉瑞,傅依柳,高當麗. 光學(xué)技術(shù). 2017(02)
[3]激光二極管雙側(cè)泵平板Nd:LuVO4晶體熱效應(yīng)[J]. 張建軍,李金平,王銳. 紅外與激光工程. 2012(03)
[4]高功率板條放大器冷卻系統(tǒng)模擬及優(yōu)化設(shè)計[J]. 王建磊,李磊,施翔春,尹亮,馬秀華,朱小磊. 中國激光. 2010(06)
[5]高功率固體激光器冷卻技術(shù)[J]. 田長青,徐洪波,曹宏章,司春強. 中國激光. 2009(07)
[6]LD抽運復(fù)合YAG晶體溫度場及熱透鏡效應(yīng)研究[J]. 李鋒,劉蓉,白晉濤,侯洵. 激光技術(shù). 2008(01)
[7]全固體小型Yb∶YAG激光器熱效應(yīng)及輸出特性研究[J]. 楊鴻儒,左鐵釧. 光子學(xué)報. 2003(08)
博士論文
[1]高功率固體激光器熱管理新技術(shù)研究[D]. 王明哲.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
碩士論文
[1]Nd：YAG固體激光器的熱效應(yīng)研究[D]. 關(guān)麗.南京郵電大學(xué) 2012
[2]LD端泵固體激光器微通道冷卻技術(shù)研究[D]. 張震.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
本文編號：2996239
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