Niedawno zespół Castora Lianga z Laser Center Instytutu Materiałów Hefei, Chińskiej Akademii Nauk, przeprowadził badanie nad kontrolą płynu wyładowania koronowego i jego zastosowaniem w systemach laserów gazowych, zaproponował model analizy sprzężenia pola elektrycznego i pola przepływu mający zastosowanie w scenariuszach wyładowania koronowego z wieloma igłami, ujawnił charakterystyki rozkładu natężenia przepływu wieloigłowych pomp elektroprzepływowych i ich kontrolowanych praw oraz zaprojektował pompy elektroprzepływowe, które mogą być używane do ultrakompaktowej miniaturyzacji niemechanicznego medium systemu lasera gazowego. Projekt pompy elektroprzepływowej może być używany do napędu cyrkulacji niemechanicznego medium ultrakompaktowego i zminiaturyzowanego systemu lasera gazowego, co przełamuje trudności w stosowaniu ultrakompaktowego systemu lasera gazowego w szczególnych scenariuszach. Wyniki badań zostały opublikowane w Physics of Fluids, wiodącym międzynarodowym czasopiśmie w dziedzinie mechaniki płynów i zostały wybrane jako Wybór Redaktora przez czasopismo.
Tradycyjny laser gazowy przyjmuje mechaniczne urządzenie cyrkulacyjne, aby utworzyć szybki obieg medium, który charakteryzuje się dużą objętością, silnymi wibracjami i poważnym hałasem i nie nadaje się do niektórych specjalnych scenariuszy zastosowań, a także do zastosowania ultrakompaktowego systemu lasera gazowego; Pompa elektrohydrodynamiczna (EHD) generuje „wiatr zjonizowany” poprzez wyładowanie koronowe, co ma zalety lekkości, wysokiej wydajności i niskich kosztów. Pompy elektrohydrodynamiczne (EHD) generują „wiatr jonowy” poprzez wyładowanie koronowe, co ma zalety lekkości, braku wibracji, braku hałasu itp. i może zastąpić tradycyjne mechaniczne urządzenie cyrkulacyjne w zminiaturyzowanym systemie lasera gazowego w celu rozszerzenia zastosowań laserów gazowych.
Rys. Struktura obliczeniowa dla problemu wartości krawędzi profilu przepływu pompy EHD z wieloma igłami
Naukowcy zbadali charakterystyki rozkładu przepływu pompy EHD z wyładowaniem koronowym wieloigłowym i problem sterowania natężeniem przepływu. Po pierwsze, nieliniowe, ustalone równania elektrohydrodynamiczne w stanie ustalonym, mające zastosowanie do układu wyładowania koronowego wieloigłowego, są wyprowadzane poprzez ustanowienie odpowiedniego modelu fizycznego i wielofizycznego mechanizmu sprzężenia pola; po drugie, zaprojektowano wysoce precyzyjny i szybki algorytm obliczeń numerycznych dla problemu wartości krawędzi nieliniowego równania różniczkowego profilu prędkości przepływu, który ilościowo oblicza kontrolowane charakterystyki ustalonej prędkości przepływu jako funkcję zmiany napięcia i parametru odstępu elektrod.
Wyniki pokazują, że parametr napięcia jest bardziej dominujący niż odstęp między elektrodami w ustalonym sterowaniu przepływem wieloigłowych pomp EHD, a zarówno maksymalny przepływ, jak i średni przepływ układu wykazują prawo ewolucji superliniowej ze sterowaniem napięciowym. W projekcie wieloigłowej pompy EHD z odstępem między elektrodami wynoszącym 1 cm, maksymalny przepływ gazu wynoszący 0.82 m/s można uzyskać, zapewniając napięcie robocze 5000 V, co może spełnić wymagania cyrkulacji medium w małym systemie lasera gazowego, spełnić normalne wyładowanie jarzeniowe na głównej elektrodzie i rozszerzyć zastosowanie ultrakompaktowego systemu lasera gazowego w szczególnych scenariuszach.
Rys. Rozkład pola przepływu w wieloigłowym układzie EHD: (a) gdy napięcie anody wynosi 4000 woltów; (b) gdy napięcie anody wynosi 4500 woltów; (c) gdy napięcie anody wynosi 5000 woltów
Jinliang Han, studentka studiów magisterskich, była pierwszym autorem artykułu, a Castor Liang, badacz, był autorem korespondencyjnym artykułu. Badania te były wspierane przez Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences, Research Instrumentation and Equipment Development Program of the Chinese Academy of Sciences oraz Youth Team Program of Anguang Institute, Hefei Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences.
