强激光与粒子束
2023, 35(7): 076003
武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
使用计算流体动力学、传热学、固体弹性力学和光学的多物理场耦合集成仿真分析技术完成了红外热像仪中光机的热特性与热设计研究。采用有限单元法(Finite Element Method, FEM) 和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)得到了光机内部的温度场、应力变形分布及光学件面形。基于最小二乘法成功移除了光学元件的刚体位移, 将刚体位移和移除刚体位移的标准Zernike系数作为设计输入条件导入光学系统中。对比在常温、自然散热和强对流不同条件下的弥散斑和传函曲线, 实现了红外热像仪光机热集成及耦合仿真分析, 该光机热集成仿真分析研究技术对光学系统结构设计和研究具有借鉴意义。
集成仿真 计算流体动力学 光机 热集成 有限单元法 integrated simulation computational fluid dynamics optical machine thermal integration finite element method
中国电子科技集团公司第十一研究所，北京100015
为了降低气动载荷对机载光学窗口的影响，并探究光学镜片排布方式对光学窗口气动特性的影响，设计了三种不同光学镜片排布方式的光学窗口，并对其模型进行了动力学数值模拟分析。研究了不同光学镜片排布方式对光学窗口气动特性的影响，得到了空气阻力最小、气动特性最优的模型。根据0°攻角工况下所受风阻的大小，对其结构力学特性进行了模拟分析。结果表明，该光学窗口模型在风阻载荷作用下不会因冲击而损坏，满足刚度和强度要求。
光学窗口 计算流体动力学 结构设计 有限元分析法 optical window CFD structural design finite element method
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽合肥 230031
3 台湾云林科技大学环境安全工程系, 台湾 云林 64002
4 中国科学院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
5 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
6 合肥师范学院物理与材料工程学院, 安徽合肥 230601
在使用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)技术进行气体检测时,气体氛围的温度变化会影响气体的吸收谱线强度、吸收线线型及气体分子数密度,进而影响气体浓度的测量结果。设计了高精度温度控制箱体,并用其控制吸收池所处环境的温度。首先,利用CFD仿真软件模拟了目标温控箱形状、半导体致冷器位置及气流矢量等参数对箱体内部温度分布的影响;其次,利用仿真结果对温控箱的设计及加工进行优化;最后完成了温度控制箱体的制作,其可为气体吸收池提供均匀稳定的温度场。温度控制箱体的可调控制温度范围为32~50 ℃时,控制精度可达0.01 ℃,并能长期保持稳定。通过标准CO2气体浓度检测实验,对温度稳定性进行了验证。上述结果证明,利用CFD仿真优化温控装置参数,可获得均匀稳定的温度场,减小环境温度对测量结果的影响,有效提高气体浓度测量的准确度和稳定性。
光谱学 计算流体动力学 温度控制箱体 可调谐二极管激光吸收光谱 光学学报
2020, 40(12): 1230001
1 中国海洋大学海洋遥感研究所,山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛 266100
低空风效应是指在特定的风况条件下,机场建筑物或其他位于跑道附近的人工结构对气流 造成显著扰动的现象,该效应易引起湍流甚至是出现风切变,进而给飞机的升降过程带来困难。 采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对首都机场进行风场模拟, 并基于CFD在输入风速设置上的局限性,提出一种将高精度、高分辨率的激光雷达测风数据 导入CFD的方法,来研究这些地物对首都机场风速的影响。通过对模拟结果的分析,在风速 为11～15 m/s的西北风条件下的东跑道以及在同等风速的东南风条件下的西跑道与中间跑道均受到较大影响。
低空风效应 激光雷达 计算流体动力学方法 风场模拟 low-level wind effect lidar computational fluid dynamics nethod wind field simulation 大气与环境光学学报
2019, 14(4): 259
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了获得气体流速分布均匀性对激光器注入能量和输出能量的影响，运用计算流体动力学(CFD)方法对放电区流场进行模拟分析，得到放电区气体流速的纵向分布和竖向分布。根据影响流速分布不均匀性的因素，对整个流场进行优化改进。根据流体动力学原理及激光器结构及其轻量化要求，在原有结构基础上增加3层隔板以改善流场分布特性。优化后，放电区气体平均流速达到99.3 m/s，流速的纵向不均匀度为5.2%，竖向不均匀度为7.1%。激光器的重复频率由300 Hz提高到365 Hz，单脉冲注入能量由160 J提高到171.5 J，输出能量由20 J提高到21.8 J，激光发散角减小了0.5 mrad。改善放电区流场分布特性可提高激光器的整体性能。
激光器 横向激励大气压CO2激光器 气体均匀性 计算流体动力学 输出能量 注入能量 发散角
采用流体力学模拟方法, 建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型, 研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500 μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学, 分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征, 对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明, 在1 MPa入射压力时, 微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30 m/s, 其集束匀速喷射距离约为5 mm。在此喷射距离时进行垂直喷射, 在胶束与工件表面的冲击射流作用区域, 其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心, 但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈“W”形状, 射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2 mm处。
纳米颗粒胶体 非淹没射流 计算流体动力学 能量特征 nanoparticle colloid non-submerged jet computational fluid dynamics energy characteristic 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064118
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
利用计算流体动力学（CFD）技术，对有机污染物在空间滤波器内的扩散情况进行了数值模拟，得到了在不同洁净控制设计方案下，有机污染物物在空间滤波器真空系统中随扩散时间的浓度分布情况，而后在优选设计的基础上对模型进一步优化，最终减少了有机污染物对空间滤波器内光学元器件的污染，对于实现高功率激光装置的高效、精密运行具有重要意义。
光学设计 空间滤波器 优化设计 计算流体动力学 有机物污染 中国激光
2015, 42(s1): s102015
