高功率軸快流CO2激光器翅片管式換熱器優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、為了滿足日益苛刻的工業(yè)化發(fā)展要求，CO2激光器逐步向高功率緊湊型發(fā)展。為了提高激光器的穩(wěn)定性、縮小激光器的體積，需要對軸快CO2激光器換熱器的換熱性能進一步提升。而基于渦流發(fā)生器的強化換熱技術(shù)是提高換熱器單位體積換熱能力的主要研究方向。本文基于常見渦流發(fā)生器的應(yīng)用，對高功率軸快流CO2激光器換熱器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。主要的研究工作包括：
　　建立了軸快流CO2激光器換熱器的仿真模型。該模型采用分塊劃分的全六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，盡可能的減

2、小了理論計算帶來的精度誤差。針對常見的四種渦流發(fā)生器對換熱器性能的影響進行了仿真模擬。模擬結(jié)果表明，低雷諾數(shù)下矩形翼的綜合能力略低于梯形、臺階型、矩形組合翼三種，高雷諾數(shù)下各類結(jié)構(gòu)差別不明顯。而矩形組合翼的平均綜合能力在400~2000的雷諾數(shù)下好于其他結(jié)構(gòu)。渦流發(fā)生器能在工作介質(zhì)流道內(nèi)形成縱渦，這種縱渦可以有效破壞邊界層的形成，從而增大換熱器的努賽爾數(shù)。因此渦流發(fā)生器可以有效提高換熱器的換熱效率。此外，文章討論了渦流發(fā)生器的安裝方式對

3、換熱器性能的影響。
　　基于對常見渦流發(fā)生器的仿真分析，文章提出了一種新型組合翼渦流發(fā)生器，由一片帶有梯形缺口的長方形主翼和一片組合小翼組成。并且針對其不同安裝參數(shù)進行了仿真計算。雷諾數(shù)的變化范圍為400~2000時，根據(jù)安裝參數(shù)不同，其努塞爾數(shù)最大可提高10.9％，摩擦因子提升18%。在綜合性能最大情況下，即換熱器的PEC取1.035時，其努賽爾數(shù)可以提高5.6%。使用組合渦流發(fā)生器可以在提高軸快流CO2激光器氣體熱交換效率的同