Recentemente, a equipe de Castor Liang no Centro de Laser do Instituto de Materiais de Hefei, Academia Chinesa de Ciências, realizou um estudo sobre o controle de fluido de descarga corona e sua aplicação em sistemas de laser a gás, propôs um modelo de análise de acoplamento de campo elétrico-fluxo aplicável a cenários de descarga corona multiagulha, revelou as características da distribuição da taxa de fluxo das bombas eletrofluídicas multiagulha e suas leis controladas, e projetou bombas eletrofluídicas que podem ser usadas para a miniaturização ultracompacta do meio não mecânico do sistema de laser a gás. O projeto da bomba eletrofluídica pode ser usado para o acionamento de circulação de meio não mecânico do sistema de laser a gás ultracompacto e miniaturizado, o que supera as dificuldades na aplicação do sistema de laser a gás ultracompacto em cenários especiais. Os resultados da pesquisa foram publicados na Physics of Fluids, o principal periódico internacional na área de mecânica de fluidos, e foram selecionados como Escolha do Editor pelo periódico.
O laser de gás tradicional adota um dispositivo de circulação mecânica para formar uma circulação média de alta velocidade, que é caracterizada por grande volume, forte vibração e ruído grave, e não é adequada para alguns cenários de aplicação especiais, bem como a aplicação de sistema de laser de gás ultracompacto; A bomba eletro-hidrodinâmica (EHD) gera "vento ionizado" por meio de descarga corona, que tem as vantagens de peso leve, alto desempenho e baixo custo. As bombas eletro-hidrodinâmicas (EHD) geram "vento iônico" por meio de descarga corona, que tem as vantagens de peso leve, sem vibração, sem ruído, etc., e podem substituir o dispositivo de circulação mecânica tradicional no sistema de laser de gás miniaturizado para expandir as aplicações de lasers de gás.
Fig. Estrutura computacional para o problema de valor de borda do perfil de fluxo da bomba EHD multiagulha
Os pesquisadores estudaram as características de distribuição de fluxo da bomba EHD de descarga corona multiagulha e seu problema de controle de taxa de fluxo. Primeiramente, as equações simplificadas eletro-hidrodinâmicas de estado estacionário não lineares aplicáveis ao sistema de descarga corona multiagulha são derivadas estabelecendo um modelo físico correspondente e um mecanismo de acoplamento de campo multifísico; em segundo lugar, um algoritmo de cálculo numérico rápido e de alta precisão é projetado para o problema de valor de borda da equação diferencial não linear do perfil de velocidade de fluxo, que calcula quantitativamente as características controladas da velocidade de fluxo de estado estacionário como uma função da variação da tensão e do parâmetro de espaçamento do eletrodo.
Os resultados mostram que o parâmetro de voltagem é mais dominante do que o espaçamento do eletrodo no controle de vazão em estado estacionário de bombas EHD multiagulhas, e tanto a vazão máxima quanto a vazão média do sistema mostram uma lei de evolução superlinear com controle de voltagem. No projeto da bomba EHD multiagulhas com espaçamento de eletrodo de 1 cm, uma vazão máxima de gás de 0.82 m/s pode ser obtida fornecendo uma voltagem operacional de 5000 V, que pode atender aos requisitos de circulação média em um pequeno sistema de laser a gás, satisfazer a descarga luminescente normal no eletrodo principal e expandir a aplicação do sistema de laser a gás ultracompacto em cenários especiais.
Fig. Distribuição do campo de fluxo do sistema EHD multiagulhas: (a) quando a tensão do ânodo é 4000 volts; (b) quando a tensão do ânodo é 4500 volts; (c) quando a tensão do ânodo é 5000 volts
Jinliang Han, um aluno de mestrado, foi o primeiro autor do artigo, e Castor Liang, um pesquisador, foi o autor correspondente do artigo. Esta pesquisa foi apoiada pela Youth Innovation Promotion Association da Academia Chinesa de Ciências, o Research Instrumentation and Equipment Development Program da Academia Chinesa de Ciências e o Youth Team Program do Anguang Institute, Hefei Institute of Materials, Academia Chinesa de Ciências.
