軸快流CO2激光器大功率放電管的設(shè)計(jì).pdf

1、軸快流CO2激光器的工作氣體在放電管內(nèi)沿軸向高速地流動(dòng)，通過(guò)直流或射頻激勵(lì)獲得高功率和高質(zhì)量的激光輸出，在金屬材料的切割、焊接和熱處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光器放電管的結(jié)構(gòu)對(duì)于氣體的流速和流場(chǎng)分布具有直接的影響，從而影響激光器輸出的光束質(zhì)量和激光功率。本論文針對(duì)傳統(tǒng)的放電管存在的單位長(zhǎng)度輸出功率低的問(wèn)題，采用現(xiàn)代計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬方法設(shè)計(jì)出了一種新型結(jié)構(gòu)的放電管，并對(duì)放電管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)表明新型的放電管能夠?qū)崿F(xiàn)更高功率的

2、激光輸出，有助于激光器向高功率和小型化發(fā)展，本論文主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：
　　（1）闡述了軸快流CO2激光器的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其放電特征，重點(diǎn)分析了兩種常用放電管的結(jié)構(gòu)及其在放電穩(wěn)定性和注入功率極限方面的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　（2）建立了放電管數(shù)值仿真的三維理論模型。三維理論模型包括控制方程，動(dòng)量守恒方程和質(zhì)量守恒方程以及方程中的一些變量，同時(shí)給出了數(shù)值仿真模型建立需要滿(mǎn)足的幾個(gè)條件，為后面的大功率放電管設(shè)計(jì)仿真提供一個(gè)理論的

3、基礎(chǔ)。
　?。?）設(shè)計(jì)了大功率輸出的放電管結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行了理論仿真。從理論上指出提高放電管的質(zhì)量流量可以增加輸出的功率，借助流體仿真FLUENT設(shè)計(jì)了放電管的繞流環(huán)結(jié)構(gòu)、噴嘴、口徑、入口尺寸等，最終得到大功率輸出的放電管的結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的放電管在氣體質(zhì)量流量、流速、流場(chǎng)均勻性、溫度分布、放點(diǎn)穩(wěn)定性方面優(yōu)于原有的CP4000放電管。
　?。?）對(duì)新設(shè)計(jì)的放電管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別了測(cè)試了不同功率下的單根放電管工作電