Recientemente, el equipo de Castor Liang en el Centro Láser del Instituto de Materiales de Hefei, Academia China de Ciencias, llevó a cabo un estudio sobre el control del fluido de descarga de corona y su aplicación en sistemas láser de gas, propuso un modelo de análisis de acoplamiento de campo eléctrico-campo de flujo aplicable a escenarios de descarga de corona de múltiples agujas, reveló las características de la distribución del caudal de las bombas electrofluídicas de múltiples agujas y sus leyes controladas, y diseñó bombas electrofluídicas que se pueden utilizar para la miniaturización ultracompacta del medio no mecánico del sistema láser de gas El diseño de la bomba electrofluídica se puede utilizar para el accionamiento de la circulación del medio no mecánico del sistema láser de gas ultracompacto y miniaturizado, lo que supera las dificultades en la aplicación del sistema láser de gas ultracompacto en escenarios especiales. Los resultados de la investigación se han publicado en Physics of Fluids, la principal revista internacional en el campo de la mecánica de fluidos, y han sido seleccionados como Selección del editor por la revista.
El láser de gas tradicional adopta un dispositivo de circulación mecánica para formar una circulación media de alta velocidad, que se caracteriza por un gran volumen, una fuerte vibración y un ruido grave, y no es adecuado para algunos escenarios de aplicación especiales, así como para la aplicación de un sistema láser de gas ultracompacto; La bomba electrohidrodinámica (EHD) genera "viento ionizado" a través de una descarga de corona, que tiene las ventajas de peso ligero, alto rendimiento y bajo costo. Las bombas electrohidrodinámicas (EHD) generan "viento iónico" a través de una descarga de corona, que tiene las ventajas de peso ligero, sin vibración, sin ruido, etc., y puede reemplazar el dispositivo de circulación mecánica tradicional en el sistema láser de gas miniaturizado para expandir las aplicaciones de los láseres de gas.
Fig. Marco computacional para el problema de valor de borde del perfil de flujo de la bomba EHD de múltiples agujas
Los investigadores han estudiado las características de distribución de flujo de la bomba EHD de descarga de corona de múltiples agujas y su problema de control de caudal. En primer lugar, se derivan las ecuaciones simplificadas electrohidrodinámicas de estado estable no lineal aplicables al sistema de descarga de corona de múltiples agujas estableciendo un modelo físico correspondiente y un mecanismo de acoplamiento de campo multifísico; en segundo lugar, se diseña un algoritmo de cálculo numérico rápido y de alta precisión para el problema de valor de borde de la ecuación diferencial no lineal del perfil de velocidad de flujo, que calcula cuantitativamente las características controladas de la velocidad de flujo de estado estable como una función de la variación del voltaje y el parámetro de espaciado de electrodos.
Los resultados muestran que el parámetro de voltaje es más dominante que el espaciado de electrodos en el control del caudal en estado estacionario de las bombas EHD de múltiples agujas, y tanto el caudal máximo como el caudal medio del sistema muestran una ley de evolución superlineal con control de voltaje. En el diseño de la bomba EHD de múltiples agujas con espaciado de electrodos de 1 cm, se puede obtener un caudal máximo de gas de 0.82 m/s proporcionando un voltaje de operación de 5000 V, que puede cumplir con los requisitos de circulación del medio en un sistema láser de gas pequeño, satisfacer la descarga luminiscente normal en el electrodo principal y expandir la aplicación del sistema láser de gas ultracompacto en escenarios especiales.
Fig. Distribución del campo de flujo del sistema EHD de múltiples agujas: (a) cuando el voltaje del ánodo es de 4000 voltios; (b) cuando el voltaje del ánodo es de 4500 voltios; (c) cuando el voltaje del ánodo es de 5000 voltios
El primer autor del artículo fue Jinliang Han, estudiante de maestría, y el autor correspondiente fue Castor Liang, investigador. Esta investigación contó con el apoyo de la Asociación de Promoción de la Innovación Juvenil de la Academia de Ciencias de China, el Programa de Desarrollo de Instrumentación y Equipos de Investigación de la Academia de Ciencias de China y el Programa de Equipos Juveniles del Instituto Anguang, Instituto de Materiales de Hefei, Academia de Ciencias de China.
