針對(duì)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(jì)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(dòng)阻力,為下一步冷卻結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。計(jì)算結(jié)果表明:當(dāng)冷卻液流量增加至15 L/min時(shí),增益介質(zhì)的最高溫度不再出現(xiàn)明顯下降,此時(shí)微通道冷卻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流動(dòng)阻力不會(huì)對(duì)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行造成明顯的影響;冷卻結(jié)構(gòu)的進(jìn)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(lái)源】：中國(guó)激光. 2020,47(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1 雙面串聯(lián)冷卻結(jié)構(gòu)的計(jì)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(jì)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?yàn)榱髁吭黾訒r(shí),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(dòng)邊界層,同時(shí)加強(qiáng)了流體內(nèi)部的擾動(dòng),有效提高了微通道的對(duì)流換熱系數(shù),進(jìn)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(méi)有使晶體中心面的最高溫度得到非常明顯的改善,當(dāng)流量大于15 L/min時(shí),晶體中心面最高溫度的降低速率明顯減小。這主要是因?yàn)樵跓崃繌木w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(duì)流換熱熱阻,晶體自身的導(dǎo)熱系數(shù)較小,在整個(gè)傳熱途徑的熱阻中占據(jù)了非常高的比例,而對(duì)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(dāng)流量增加到一定程度后,繼續(xù)通過(guò)提高冷卻液流量來(lái)減小對(duì)流換熱熱阻,對(duì)總熱阻的影響并不大。

【參考文獻(xiàn)】：
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