轴快流CO2激光器中涡轮风机的数值模拟

摘要

长期以来,轴快流CO2激光器作为高功率激光加工工业领域的主要应用光源,一直保持着不断地向更高功率和更紧凑体积的趋势发展。
　　在轴快流CO2激光器中,风机对气体流动方式起了决定性作用,进而影响放电管内的流场分布、放电效率、激光功率和光束质量等。因此,对轴快流CO2激光器中风机的研究对于整个激光器系统的设计与优化有着很大的必要性。
　　本论文针对应用于轴快流CO2激光器中的一种涡轮风机作了深入研究,主要工作包括以下几个方面:
　　(1)根据轴快流CO2激光器的整体结构以及气体流动特征,对风机相应必须实现的条件要求进行了分析,并对不同类别风机的特点进行了对比分析,从而对风机进行了选型和确认,最终确定了流量大、转速高、压比大的涡轮风机是满足轴快流CO2激光器的最佳选择。
　　(2)针对已选择的风机类别及其特征,根据流体动力学(简称CFD)的相关原理知识和计算方法,应用Fluent软件包作为计算工具进行了三维数值模拟,得到风机内部流场的详细分布状况。
　　(3)在上述工作的基础上,对风机的运行条件以及出口区域结构进行调整,并将计算结果对比分析,得出了风机工作性能与运行条件或出口区域结构之间的变化关系。
　　本文通过对应用于轴快流CO2激光器中的一种风机进行数值模拟研究,得到了该风机内部流场的具体分布状况,以及流场分布状况与运行条件、出口结构的关系,对于实现该类风机的自主设计优化以及激光器的整体设计提供了理论指导,为高功率、高稳定性、高光束质量轴快流CO2激光器的进一步发展提供了一定的技术支持。

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1 绪 论

1.1 轴快流CO2激光器的发展概况

1.2 本课题研究意义及主要内容

2 轴快流CO2激光器中风机的选择

2.1 轴快流CO2激光器的结构及其气体循环系统

2.2 轴快流CO2激光器风机的选型及确定

2.3 本章小结

3 轴快流CO2激光器风机的数值模拟

3.1 计算流体动力学（CFD）简介

3.2 轴快流CO2激光器风机的数值模拟过程

3.3 本章小结

4 数值模拟结果分析

4.1 确定转速，调节进气口压强模拟结果

4.2 确定进气口压强，调节转速模拟结果

4.3 本章小结

5 轴快流CO2激光器风机出口区域的模拟分析

5.1 计算模型的建立及初始条件的设置

5.2 模拟结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献