Kürzlich führte das Team von Castor Liang am Laserzentrum des Hefei Institute of Materials der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Studie zur Flüssigkeitssteuerung bei Koronaentladungen und ihrer Anwendung in Gaslasersystemen durch, schlug ein Analysemodell für die Kopplung von elektrischem Feld und Strömungsfeld vor, das auf Szenarien mit Mehrnadel-Koronaentladungen anwendbar ist, enthüllte die Eigenschaften der Durchflussverteilung von Mehrnadel-Elektrofluidpumpen und ihre Kontrollgesetze und entwickelte Elektrofluidpumpen, die zur ultrakompakten Miniaturisierung des nichtmechanischen Mediums von Gaslasersystemen verwendet werden können. Das Design der Elektrofluidpumpe kann für den nichtmechanischen Mediumzirkulationsantrieb von ultrakompakten und miniaturisierten Gaslasersystemen verwendet werden, wodurch die Schwierigkeiten bei der Anwendung von ultrakompakten Gaslasersystemen in speziellen Szenarien überwunden werden. Die Forschungsergebnisse wurden in Physics of Fluids, der führenden internationalen Zeitschrift auf dem Gebiet der Strömungsmechanik, veröffentlicht und von der Zeitschrift als Editor's Pick ausgewählt.
Herkömmliche Gaslaser verwenden mechanische Zirkulationsvorrichtungen, um eine Hochgeschwindigkeitszirkulation des Mediums zu erzeugen. Diese sind durch großes Volumen, starke Vibrationen und starke Geräusche gekennzeichnet und für einige spezielle Anwendungsszenarien sowie die Anwendung ultrakompakter Gaslasersysteme nicht geeignet. Elektrohydrodynamische (EHD) Pumpen erzeugen „ionisierten Wind“ durch Koronaentladung, was die Vorteile von geringem Gewicht, hoher Leistung und niedrigen Kosten hat. Elektrohydrodynamische (EHD) Pumpen erzeugen „ionischen Wind“ durch Koronaentladung, was die Vorteile von geringem Gewicht, keiner Vibration, keinem Lärm usw. hat und die herkömmlichen mechanischen Zirkulationsvorrichtungen im miniaturisierten Gaslasersystem ersetzen kann, um die Anwendungsmöglichkeiten von Gaslasern zu erweitern.
Abb. Rechenrahmen für das Randwertproblem des Mehrnadel-EHD-Pumpenströmungsprofils
Die Forscher haben die Strömungsverteilungseigenschaften der Mehrnadel-Koronaentladungspumpe (EHD) und ihr Problem der Strömungsratenregelung untersucht. Zunächst werden die nichtlinearen stationären elektrohydrodynamischen vereinfachten Gleichungen, die auf das Mehrnadel-Koronaentladungssystem anwendbar sind, durch die Erstellung eines entsprechenden physikalischen Modells und eines multiphysikalischen Feldkopplungsmechanismus hergeleitet; zweitens wird ein hochpräziser und schneller numerischer Berechnungsalgorithmus für das Randwertproblem der nichtlinearen Differentialgleichung des Strömungsgeschwindigkeitsprofils entwickelt, der die kontrollierten Eigenschaften der stationären Strömungsgeschwindigkeit quantitativ als Funktion der Variation der Spannung und des Elektrodenabstandsparameters berechnet.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Spannungsparameter bei der stationären Durchflussregelung von Mehrnadel-EHD-Pumpen dominanter ist als der Elektrodenabstand, und sowohl die maximale Durchflussrate als auch die mittlere Durchflussrate des Systems zeigen bei Spannungsregelung ein superlineares Evolutionsgesetz. Bei der Konstruktion der Mehrnadel-EHD-Pumpe mit 1 cm Elektrodenabstand kann durch Bereitstellung einer Betriebsspannung von 5000 V eine maximale Gasdurchflussrate von 0,82 m/s erreicht werden, die den Anforderungen der Medienzirkulation in einem kleinen Gaslasersystem gerecht wird, die normale Glimmentladung an der Hauptelektrode befriedigt und die Anwendung des ultrakompakten Gaslasersystems in speziellen Szenarien erweitert.
Abb. Strömungsfeldverteilung des Mehrnadel-EHD-Systems: (a) bei einer Anodenspannung von 4000 Volt; (b) bei einer Anodenspannung von 4500 Volt; (c) bei einer Anodenspannung von 5000 Volt
Jinliang Han, ein Masterstudent, war der Erstautor des Papiers und Castor Liang, ein Forscher, war der korrespondierende Autor des Papiers. Diese Forschung wurde von der Youth Innovation Promotion Association der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dem Research Instrumentation and Equipment Development Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und dem Youth Team Program des Anguang Institute, Hefei Institute of Materials, Chinesische Akademie der Wissenschaften unterstützt.
