軸快流CO-,2-激光器放電管流場(chǎng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、軸快流CO2激光器具有輸出功率大、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在高質(zhì)量、高功率激光加工中有廣泛的應(yīng)用前景。而優(yōu)化其氣體流場(chǎng)和放電特性有助于進(jìn)一步提高軸快流激光器的效率和功率。本論文即采用現(xiàn)代計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)高功率軸快流CO2激光器的氣體放電流場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了較好流場(chǎng)的放電管結(jié)構(gòu)。論文所獲得的研究結(jié)果不僅對(duì)提高現(xiàn)有軸快流CO2激光器的性能有重要指導(dǎo)意義，而且有助于高功率軸快流激光器向更高功率發(fā)展。論文主要工作包括：

2、r>　　 (1)建立了描述軸快流CO2激光器的流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程的三維流場(chǎng)數(shù)值模型。理論控制方程由三維質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程和三溫度模型方程組成。幾何模型由網(wǎng)格前處理軟件GAMBIT創(chuàng)建。
　　 (2)結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了影響輝光放電穩(wěn)定的可能因素，根據(jù)激光器工作參數(shù)設(shè)置了三維氣體放電流場(chǎng)模型的物性參數(shù)、邊界條件和求解控制參數(shù)。
　　 (3)借助流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件FLUENT實(shí)現(xiàn)了軸快流CO2激光器工作

3、氣體一系列三維流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，得到了放電管中流場(chǎng)分布數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，證實(shí)了該三維流場(chǎng)理論模擬方法的可行性和有效性。
　　 (4)對(duì)現(xiàn)有的兩種典型軸快流CO2激光器放電管的數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果證明，氣體流速、氣體溫度和湍流強(qiáng)度是影響輝光放電穩(wěn)定性和均勻性的主要因素，也解釋了現(xiàn)有的Lance3000激光器的放電管為什么比CP4000激光器的放電管性能差的原因。
　　 (5)設(shè)計(jì)了兩種新型的