高功率光纖激光器熱控技術研究.pdf

1、目前高功率光纖激光器已在科研、民用和軍事方面得到了廣泛的應用，隨著對光纖激光器功率的要求越來越高，其較大的表面積和體積比，已經(jīng)不能滿足散熱要求。大量的熱積累會對關鍵的功率器件造成熱損壞，甚至影響光纖激光器的系統(tǒng)及性能。因此就需要采取有效的熱控技術對高功率光纖激光器進行散熱處理，以滿足安全使用要求。本文以高功率光纖激光器為研究對象，根據(jù)光纖激光器關鍵功率器件的散熱機理，在對水冷散熱結構優(yōu)化的基礎上，提出了一種基于相變儲熱的空間用高功率光纖

2、激光器的無水冷卻技術。主要工作如下：
　　首先，分析了光纖激光器系統(tǒng)的組成和工作原理，對不同的產(chǎn)熱部位進行產(chǎn)熱機理和熱分布規(guī)律研究，搭建相應的產(chǎn)熱數(shù)學模型，分析了熱效應對不同的關鍵功率器件的性能影響。針對地面和空間的不同工況條件，選用水冷和無水冷卻兩種不同的熱控技術對激光器進行散熱。
　　其次，在ICEPAK中建立水冷板結構有限元仿真模型，設置相應的邊界條件，對流道結構、流體流速等多因素進行研究，分析其對散熱效果的影響。在

3、Pro/E中建立無水冷卻的熱緩沖裝置模型，在Workbench中進行有限元熱分析，增加半導體制冷（TEC），進行相變儲熱冷卻的強化研究，優(yōu)化散熱效果。
　　最后，對優(yōu)化的結果進行實驗研究，對比仿真結果，分析了誤差產(chǎn)生的原因，相互驗證了仿真和實驗的可靠性與準確性，從而真實地反映了不同的散熱措施，不同的參數(shù)對散熱效果的影響。
　　結果表明：水冷散熱中水冷板的結構、流體的流速、流道的截面積對水冷的散熱效果影響程度較大?；谙嘧儍?/p>

4、的無水冷卻，通過增加金屬導熱和熱電制冷的方式可有效減緩相變材料的潛熱階段，使?jié)摕岬臅r間延長了15％，降低了光纖激光器的工作占空比，與鋁熱沉相比質(zhì)量減小了60%，滿足空間全固態(tài)、輕量化要求。
　　在此基礎之上，又進行了千瓦級光纖激光器的整機水冷和無水冷卻設計。為高功率光纖激光器的散熱提供了理論支持和實際應用經(jīng)驗。因此，研究高功率光纖激光器的熱控技術，尤其是空間用高功率光纖激光器的熱控技術，對后續(xù)高功率激光器的設計和優(yōu)化具有工程實際應