【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所激光中心梁勖團(tuán)隊(duì)針對氣體激光系統(tǒng)中電暈放電流體控制及其應(yīng)用開展研究，提出一種適用于多針電暈放電場景的電場-流場耦合分析模型，揭示了多針電流體泵的流速分布特性及其受控規(guī)律，設(shè)計(jì)的電流體泵可用于超緊湊小型化氣體激光系統(tǒng)的非機(jī)械式介質(zhì)循環(huán)驅(qū)動，突破了特殊場景下超緊湊氣體激光系統(tǒng)應(yīng)用難點(diǎn)。相關(guān)研究成果發(fā)表于流體力學(xué)領(lǐng)域國際頂級刊物Physics of Fluids，并被期刊遴選為Editor's Pick(編輯精選)。
 

　　傳統(tǒng)的氣體激光器采用機(jī)械式循環(huán)裝置形成高速介質(zhì)循環(huán)，存在體積大、振動強(qiáng)烈、噪聲嚴(yán)重等特點(diǎn)，在一些特殊應(yīng)用場景以及超緊湊氣體激光系統(tǒng)應(yīng)用中并不適用；電流體動力學(xué)(Electrohydrodynamics, EHD)泵通過電暈放電產(chǎn)生“離子風(fēng)”，具有輕量化、無振動、無噪聲等優(yōu)勢，可在小型化氣體激光系統(tǒng)中取代傳統(tǒng)機(jī)械式循環(huán)裝置，拓展氣體激光應(yīng)用。
 

　　研究人員針對多針電暈放電EHD泵的流動分布特性及其流速控制問題開展研究。首先通過建立相應(yīng)的物理模型，構(gòu)建多物理場耦合機(jī)制，推導(dǎo)出適用于多針電暈放電系統(tǒng)的非線性穩(wěn)態(tài)電流體簡化方程；其次針對流速剖面的非線性微分方程邊值問題設(shè)計(jì)高精度、快速的數(shù)值計(jì)算算法，定量計(jì)算穩(wěn)態(tài)流速隨電壓與電極間距參數(shù)變化的受控特性。
 

　　研究結(jié)果表明，在多針EHD泵的穩(wěn)態(tài)流速控制中，電壓參數(shù)相比電極間距更占主導(dǎo)地位，系統(tǒng)的最大流速和平均流速隨電壓控制均呈超線性演化規(guī)律。在電極間距為1厘米的多針EHD泵設(shè)計(jì)方案中，提供5000伏的工作電壓即可獲得0.82米/秒的最大氣體流速，可達(dá)到小型氣體激光系統(tǒng)中介質(zhì)循環(huán)要求，滿足主電極正常輝光放電，拓展特殊場景下超緊湊氣體激光系統(tǒng)應(yīng)用。
 

　　碩士研究生韓金亮為論文的第一作者，梁勖研究員為論文的通訊作者。本研究獲得了中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、中國科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等資助。
 

圖 多針EHD泵流速剖面邊值問題的計(jì)算框架
 

　　圖 多針EHD系統(tǒng)的流場分布：(a)當(dāng)陽極電壓為4000伏時(shí)；(b)當(dāng)陽極電壓為4500伏時(shí)；(c)當(dāng)陽極電壓為5000伏時(shí)