1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
4 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
5 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
液体强制对流换热因具有较高的可靠性和性能稳定性而被广泛使用于高功率板条激光介质介质的制冷，但沿流场方向产生的温度梯度会显著改变激光介质的热应力状态而带来不良影响。提出了基于冷却流场与目标温度匹配控制思路的双大面侧泵激光介质纵向强制对流冷却方案（Longitudinal forced convection），利用非定常边界条件的流?固耦合有限元仿真方法对比了全腔浸泡对流冷却（Cavity forced convection）、微通道传导冷却技术方案（Micro-channel conduction），针对入口流量、流场状态、流道壁面条件等因素进行了详细研究。在30 L/min入口流量下，该方案热交换区域固液界面平均对流换热系数达104 W·m?2·K?1量级，且均匀分布。此外，通过改变壁面粗糙程度能够获得更高的对流换热系数。根据设计结果研制了一套板条激光放大器，实验监测点的温度结果与模拟仿真预测结果相吻合，冷却性能达到预期。
热管理 板条晶体 计算流体力学 强制对流换热 温度分布 thermal management slab crystal computational fluid dynamics forced convection heat transfer temperature distribution 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200556
华中科技大学光电子科学与工程研究院, 湖北 武汉 430074
对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟, 根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型, 采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布, 给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小。在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块, 对该模块的热焦距进行实验研究, 得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线, 实验结果与理论分析一致。
激光器 固体激光器 板条激光介质 热效应 热焦距
