新型5kW横流CO激光器气体流动特性研究

摘要

本文旨在研究新型横流5kW CO2 激光器气体流动和热交换系统，利用通风机原理设计并计算了激光器风机结构参数，根据气体传热学原理分析计算热交换器换热能力。
　　 对气体流动与热传导的关键技术问题进行了深入研究。
　　 (1)设计了横流5kW CO2 激光器通风机参数，包括叶片的尺寸与叶型、叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶片进出口宽度、进出口叶片角、叶片数、蜗壳宽度及蜗壳内壁型线等。实验测试表明，放电区内气压变化平稳，气体流速平均在63m/s，放电区风速均匀。
　　 (2)分析了激光器内部循环热交换过程，建立了以圆形翅片管束组成的热交换器的热平衡方程，进行了具体的换热计算。理论分析表明，热交换器中翅片管束结构合理，性能稳定；实验结果显示，放电区平均温度保持在25 ℃，低温水温度变化幅度平缓，能够稳定在11 ℃，换热能力满足工作气体的换热要求。
　　 (3)本文创新性地采用轻质材料替代钢质材料用于风机叶轮制作，减轻了风机的重量，降低了噪音；激光器的设计中采用单放电盒、单组风机取代双放电盒、双风机，实现高功率CO2激光输出，缩小了激光器的体积。
　　 通过5kW 横流CO2激光器气体流动系统与热交换系统的理论与实验研究，获得了具有实用价值的风机及热交换器的结构参数，总结了气体流动规律，对开发新型横流激光器具有一定的理论意义及实用价值。