Onlangs heeft het team van Castor Liang bij het Laser Center van het Hefei Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, een studie uitgevoerd naar corona-ontladingsvloeistofcontrole en de toepassing ervan in gaslasersystemen, een elektrisch veld-stroomveldkoppelingsanalysemodel voorgesteld dat toepasbaar is op corona-ontladingsscenario's met meerdere naalden, de kenmerken van de stroomsnelheidsverdeling van de elektrofluïdische pompen met meerdere naalden en hun gecontroleerde wetten onthuld, en elektrofluïdische pompen ontworpen die kunnen worden gebruikt voor de ultracompacte miniaturisatie van het niet-mechanische medium van het gaslasersysteem. Het ontwerp van de elektrofluïdische pomp kan worden gebruikt voor de niet-mechanische mediumcirculatieaandrijving van het ultracompacte en geminiaturiseerde gaslasersysteem, wat de moeilijkheden bij de toepassing van het ultracompacte gaslasersysteem onder speciale scenario's doorbreekt. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Physics of Fluids, het toonaangevende internationale tijdschrift op het gebied van vloeistofmechanica, en zijn door het tijdschrift geselecteerd als Editor's Pick.
Traditionele gaslasers gebruiken een mechanisch circulatieapparaat om een mediumcirculatie met hoge snelheid te vormen, die wordt gekenmerkt door een groot volume, sterke trillingen en ernstig lawaai, en is niet geschikt voor sommige speciale toepassingsscenario's en de toepassing van ultracompacte gaslasersystemen; Elektrohydrodynamische (EHD) pomp genereert "ioniserende wind" door corona-ontlading, wat de voordelen heeft van een licht gewicht, hoge prestaties en lage kosten. Elektrohydrodynamische (EHD) pompen genereren "ionische wind" door corona-ontlading, wat de voordelen heeft van een licht gewicht, geen trillingen, geen lawaai, enz., en kan het traditionele mechanische circulatieapparaat in het geminiaturiseerde gaslasersysteem vervangen om de toepassingen van gaslasers uit te breiden.
Figuur. Computationeel raamwerk voor het randwaardeprobleem van het stromingsprofiel van een multi-naald EHD-pomp
De onderzoekers hebben de stroomverdelingskarakteristieken van de multi-needle corona discharge EHD-pomp en het probleem van de stroomsnelheidsregeling bestudeerd. Ten eerste worden de niet-lineaire steady state elektrohydrodynamische vereenvoudigde vergelijkingen die van toepassing zijn op het multi-needle corona discharge-systeem afgeleid door een overeenkomstig fysiek model en een multi-fysisch veldkoppelingsmechanisme op te stellen; ten tweede is een zeer nauwkeurig en snel numeriek berekeningsalgoritme ontworpen voor het randwaardeprobleem van de niet-lineaire differentiaalvergelijking van het stroomsnelheidsprofiel, dat kwantitatief de gecontroleerde karakteristieken van de steady-state stroomsnelheid berekent als een functie van de variatie van de spanning en de elektrode-afstandsparameter.
De resultaten tonen aan dat de spanningsparameter dominanter is dan de elektrodeafstand in de steady state flow rate control van multi-needle EHD-pompen, en zowel de maximale flow rate als de gemiddelde flow rate van het systeem vertonen een superlineaire evolutiewet met spanningsregeling. In het ontwerp van de multi-needle EHD-pomp met 1 cm electrode-afstand kan een maximale gasstroom van 0.82 m/s worden verkregen door een bedrijfsspanning van 5000 V te leveren, die kan voldoen aan de vereisten van mediumcirculatie in een klein gaslasersysteem, de normale gloeiontlading bij de hoofdelektrode kan bevredigen en de toepassing van het ultracompacte gaslasersysteem in speciale scenario's kan uitbreiden.
Afb. Stroomveldverdeling van het multi-naald EHD-systeem: (a) wanneer de anodespanning 4000 volt is; (b) wanneer de anodespanning 4500 volt is; (c) wanneer de anodespanning 5000 volt is
Jinliang Han, een masterstudent, was de eerste auteur van het artikel, en Castor Liang, een onderzoeker, was de corresponderende auteur van het artikel. Dit onderzoek werd ondersteund door de Youth Innovation Promotion Association van de Chinese Academy of Sciences, het Research Instrumentation and Equipment Development Program van de Chinese Academy of Sciences en het Youth Team Program van het Anguang Institute, Hefei Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences.
