单放电盒5kW横流CO2激光器气体流动特性研究

杨卫红; 唐霞辉; 肖龙胜; 周泳全

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.007

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单放电盒5kW横流CO2激光器气体流动特性研究

杨卫红 , 唐霞辉 , 肖龙胜 , 周泳全

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引用本文:

Citation:

单放电盒5kW横流CO2激光器气体流动特性研究

1.
华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074;
2.
深圳信息职业技术学院机械工程系, 深圳 518000

作者简介: 杨卫红（1976-），女，博士研究生，主要研究领域为高功率气体CO₂激光器及其应用。.

通讯作者: 唐霞辉, txh1116@hust.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目（60808005）
中图分类号: TN248.2⁺2

Study on gas flow characteristics in 5kW transverse flow CO2 laser with single discharge box

1.
School of Optics and Electronics Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2.
Department of Mechanical and Electrical Engineering, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518000, China

Corresponding author: TANG Xiahui, txh1116@hust.edu.cn ;

CLC number: TN248.2⁺2

摘要: 为了解决传统双放电盒横流5kW CO2 激光器双风道、风速小、体积庞大等问题，研究开发了单放电盒横流5kW CO2 激光器，采用气体动力学、放电区气体流场分析的方法，在保证风机强度的前提下根据通风机原理设计了一款铝质轻型离心风机，风机的进口直径为382mm，出口直径为451mm，蜗壳宽度为160mm，并进行了实验验证。结果表明，配置该风机的单放电盒的5kW CO2激光器提高了功率稳定性，放电区气体平均流速从60.8m/s提高到75.5m/s，缩小了弧光放电的面积，改善了近场光斑的强度及均匀性，采用铝制风机及单放电盒减小了激光器的整体重量和体积。这对CO2激光器向高功率、小体积、紧凑型发展具有重要意义。
- 激光器 /
- 横流CO2激光器 /
- 气体动力学 /
- 离心风机 /
- 流场分析
Abstract: In order to solve the problem of a traditional 5kW transverse CO2 laser with double discharge boxes, i.e., small wind entrance, low wind velocity and large size, a 5kW CO2 transverse laser with single discharge box was developed. Based on analysis of the flow field in the discharge area and gas dynamics, a lightweight aluminum centrifugal fan was designed on the premise of the same fan strength with entrance diameter of 382mm, outlet diameter of 451mm and volute width of 160mm. Then it was validated in experiments. The results show that, comparing with 5kW transverse laser with double discharge boxes, the power stability of 5kW CO2 transverse laser with single discharge box is improved. The average wind velocity of discharge area increases from 60.8m/s to 75.5m/s, the arc discharge area is reduced and the near-field intensity and uniformity is improved. The selection of lightweight aluminum fan and single discharge box decreases the weight and volume of the laser. The study is important and instructive for development of compact CO2 lasers with high power and small volume.
- lasers /
- transverse flow CO2 laser /
- gas dynamics /
- centrifugal blower /
- fluid analysis

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单放电盒5kW横流CO2激光器气体流动特性研究

通讯作者: 唐霞辉, txh1116@hust.edu.cn;

作者简介: 杨卫红（1976-），女，博士研究生，主要研究领域为高功率气体CO₂激光器及其应用。

1. 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074;
2. 深圳信息职业技术学院机械工程系, 深圳 518000

收稿日期: 2013-10-17
录用日期: 2013-11-12
网络出版日期: 2014-09-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（60808005）

关键词:

摘要: 为了解决传统双放电盒横流5kW CO2 激光器双风道、风速小、体积庞大等问题，研究开发了单放电盒横流5kW CO2 激光器，采用气体动力学、放电区气体流场分析的方法，在保证风机强度的前提下根据通风机原理设计了一款铝质轻型离心风机，风机的进口直径为382mm，出口直径为451mm，蜗壳宽度为160mm，并进行了实验验证。结果表明，配置该风机的单放电盒的5kW CO2激光器提高了功率稳定性，放电区气体平均流速从60.8m/s提高到75.5m/s，缩小了弧光放电的面积，改善了近场光斑的强度及均匀性，采用铝制风机及单放电盒减小了激光器的整体重量和体积。这对CO2激光器向高功率、小体积、紧凑型发展具有重要意义。