Нещодавно команда Кастора Лянга з Лазерного центру Інституту матеріалів Хефея Академії наук Китаю провела дослідження керування рідиною коронного розряду та її застосування в газових лазерних системах, запропонувавши модель аналізу зв’язку електричного поля та потоку поля, застосовну до сценарії багатоголкового коронного розряду, розкрито характеристики розподілу швидкості потоку багатоголкових електрофлюїдних насосів та їх керовані закони, а також розроблені електрофлюїдні насоси, які можна використовувати для надкомпактної мініатюризації немеханічного середовища газової лазерної системи. Конструкція електрофлюїдного насоса може бути використана для приводу немеханічної циркуляції середовища ультракомпактної та мініатюрної газової лазерної системи, яка долає труднощі застосування ультракомпактної газової лазерної системи за особливими сценаріями. Результати дослідження були опубліковані в Physics of Fluids, провідному міжнародному журналі в галузі механіки рідини, і були обрані журналом як вибір редактора.
Традиційний газовий лазер використовує механічний циркуляційний пристрій для формування високошвидкісної середньої циркуляції, яка характеризується великим об’ємом, сильною вібрацією та серйозним шумом, і не підходить для деяких спеціальних сценаріїв застосування, а також застосування ультракомпактної газової лазерної системи; Електрогідродинамічний (EHD) насос генерує «іонізований вітер» за допомогою коронного розряду, який має такі переваги, як легка вага, висока продуктивність і низька вартість. Електрогідродинамічні (EHD) насоси генерують «іонний вітер» за допомогою коронного розряду, який має такі переваги, як легка вага, відсутність вібрації, шуму тощо, і може замінити традиційний механічний циркуляційний пристрій у мініатюрній газовій лазерній системі, щоб розширити застосування газові лазери.
Рис. Обчислювальна структура для проблеми краєвого значення профілю потоку багатоголкового насоса EHD
Дослідники вивчили характеристики розподілу потоку багатоголкового насоса коронного розряду EHD і його проблему керування швидкістю потоку. По-перше, нелінійні стаціонарні електрогідродинамічні спрощені рівняння, застосовні до багатоголкової системи коронного розряду, отримані шляхом встановлення відповідної фізичної моделі та механізму мультифізичного зв’язку поля; по-друге, розроблений високоточний і швидкий чисельний алгоритм розрахунку для крайової задачі нелінійного диференціального рівняння профілю швидкості потоку, який кількісно обчислює контрольовані характеристики стаціонарної швидкості потоку як функцію варіації параметр напруги та відстані між електродами.
Результати показують, що параметр напруги є більш домінуючим, ніж відстань між електродами, у стаціонарному регулюванні швидкості потоку багатоголкових насосів EHD, і як максимальна швидкість потоку, так і середня витрата системи демонструють надлінійний закон еволюції з керуванням напругою . У конструкції багатоголкового насоса EHD з відстанню між електродами 1 см можна отримати максимальну швидкість потоку газу 0.82 м/с, забезпечивши робочу напругу 5000 В, що відповідає вимогам середньої циркуляції в невеликій газовій лазерній системі, задовольнити нормальний тліючий розряд на головному електроді та розширити застосування ультракомпактної газової лазерної системи в особливих сценаріях.
Рис. Розподіл поля потоку багатоголкової системи EHD: (а) при анодній напрузі 4000 вольт; (b) коли анодна напруга становить 4500 вольт; (c) при напрузі на аноді 5000 вольт
Цзіньлян Хань, студент магістратури, був першим автором статті, а Кастор Лян, дослідник, був відповідним автором статті. Це дослідження було підтримано Асоціацією сприяння молодіжним інноваціям Академії наук Китаю, Програмою розробки дослідницького приладдя та обладнання Академії наук Китаю та Програмою молодіжної команди Інституту Ангуанг, Інституту матеріалів Хефея Академії наук Китаю.
