强激光与粒子束, 2015, 27 (6): 061016, 网络出版: 2015-06-17   

高速气流作用下激光加热金属平板数值模拟

Modeling and analysis on performance of diode pumped metastable rare gas laser
作者单位
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
摘要
数值模拟研究了高速气流作用下激光加热金属平板温度场.流体控制方程为三维雷诺平均Navier-Stokes方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型.采用流固耦合计算方法,使用两相流模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀,较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程,计算得到了不同气流速度下金属平板的温度分布以及烧蚀形貌.分别使用两相流方法和动网格方法对高速气流作用下激光对金属板的烧蚀效应进行了计算,结果表明,两相流方法与动网格方法都能较好地模拟高速气流作用下激光加热金属平板的温度响应,由于两相流方法能够较全面地模拟对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程,因此能获得比动网格方法更为合理的物理图像.
Abstract
The rate equations model of diode pumped metastable rare gas laser(DPRGL) is established,and taking an argon DPRGL as an example,the influence of pump intensity,metastable atom density and gain medium length on characteristics of DPRGL are simulated and discussed.The results indicate that the DPRGL has a laser efficiency higher than 55% in theory under high pump intensity (~kW/cm2).Influence of metastable atom density and length of gain medium on the DPRGL is equivalent.Main important laser parameters need to be optimized harmoniously to obtain optimal optical conversion efficiency of the DPRGL.

张黎, 李牧, 谭福利, 张永强, 贺佳, 赵剑衡. 高速气流作用下激光加热金属平板数值模拟[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27(6): 061016. 张黎, 李牧, 谭福利, 张永强, 贺佳, 赵剑衡. Modeling and analysis on performance of diode pumped metastable rare gas laser[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27(6): 061016.

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