Nedávno tím Castora Lianga v Laserovom centre Hefei Institute of Materials, Čínska akadémia vied, vykonal štúdiu o riadení korónového výboja a jeho aplikácii v plynových laserových systémoch, navrhol model analýzy spojenia elektrického poľa a toku poľa použiteľný na scenáre viacihlového korónového výboja, odhalili charakteristiky distribúcie prietoku viacihlových elektrofluidných čerpadiel a ich riadené zákony a navrhli elektrofluidné čerpadlá, ktoré možno použiť na ultrakompaktnú miniaturizáciu nemechanického média plynového laserového systému. Konštrukcia elektrofluidného čerpadla môže byť použitá pre nemechanický pohon stredného obehu ultrakompaktného a miniaturizovaného plynového laserového systému, ktorý prekonáva ťažkosti pri aplikácii ultrakompaktného plynového laserového systému v špeciálnych scenároch. Výsledky výskumu boli publikované v Physics of Fluids, poprednom medzinárodnom časopise v oblasti mechaniky tekutín, a časopis ich vybral ako Editor's Pick.
Tradičný plynový laser využíva mechanické cirkulačné zariadenie na vytvorenie vysokorýchlostnej strednej cirkulácie, ktorá sa vyznačuje veľkým objemom, silnými vibráciami a vážnym hlukom a nie je vhodná pre niektoré špeciálne aplikačné scenáre, ako aj použitie ultrakompaktného plynového laserového systému; Elektrohydrodynamické (EHD) čerpadlo generuje „ionizovaný vietor“ prostredníctvom korónového výboja, ktorý má výhody nízkej hmotnosti, vysokého výkonu a nízkych nákladov. Elektrohydrodynamické (EHD) čerpadlá generujú „iónový vietor“ prostredníctvom korónového výboja, ktorý má výhody nízkej hmotnosti, bez vibrácií, bez hluku atď., a môže nahradiť tradičné mechanické cirkulačné zariadenie v miniaturizovanom plynovom laserovom systéme na rozšírenie aplikácií plynové lasery.
Obr Výpočtový rámec pre problém okrajovej hodnoty prietokového profilu viacihlového EHD čerpadla
Výskumníci študovali charakteristiky distribúcie prietoku viacihlového korónového výboja EHD čerpadla a jeho problém s riadením prietoku. Po prvé, nelineárne rovnovážne elektrohydrodynamické zjednodušené rovnice použiteľné pre viacihlový korónový výbojový systém sú odvodené vytvorením zodpovedajúceho fyzikálneho modelu a mechanizmu spájania viacerých fyzikálnych polí; po druhé, vysoko presný a rýchly numerický algoritmus výpočtu je navrhnutý pre problém okrajových hodnôt nelineárnej diferenciálnej rovnice profilu rýchlosti prúdenia, ktorý kvantitatívne vypočítava riadené charakteristiky rýchlosti prúdenia v ustálenom stave ako funkciu zmeny napätie a parameter vzdialenosti elektród.
Výsledky ukazujú, že parameter napätia je dominantnejší ako vzdialenosť medzi elektródami pri regulácii prietoku v ustálenom stave viacihlových čerpadiel EHD a maximálny prietok aj stredný prietok systému vykazujú superlineárny vývojový zákon s reguláciou napätia. . Pri konštrukcii viacihlovej pumpy EHD s rozstupom elektród 1 cm je možné dosiahnuť maximálny prietok plynu 0,82 m/s poskytnutím prevádzkového napätia 5000 V, čo môže spĺňať požiadavky stredná cirkulácia v malom plynovom laserovom systéme, uspokojuje normálny žeravý výboj na hlavnej elektróde a rozširuje použitie ultrakompaktného plynového laserového systému v špeciálnych scenároch.
Obr. Distribúcia prietokového poľa systému EHD s viacerými ihlami: (a) keď je anódové napätie 4000 voltov; (b) keď je anódové napätie 4500 voltov; c) keď je anódové napätie 5000 voltov
Prvým autorom článku bol študent magisterského štúdia Jinliang Han a zodpovedajúcim autorom článku Castor Liang, výskumník. Tento výskum bol podporovaný Asociáciou na podporu inovácií mládeže Čínskej akadémie vied, Programom vývoja výskumných prístrojov a zariadení Čínskej akadémie vied a Programom mládežníckeho tímu Inštitútu Anguang, Inštitút materiálov Hefei, Čínska akadémia vied.
