对持续激光加热石英材料的热效应进行模拟研究
Wei Li1, Jichuan Wu1, Yanglong Li1
1Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, China.
Frontiers in chemistry
|August 7, 2024
概括
这项研究模拟了强烈的激光加热石英,揭示了不同激光和材料参数下的温度分布和热效应. 有限元法显示石英加热低于点,后面表面温度落后于整体变化.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 光学和光子学 在光学和光子学.
- 热物理 热物理
背景情况:
- 高功率激光系统依赖于像石英这样的光学元件.
- 在极端温度下的石英中激光诱导的光热效应很难通过实验来研究.
- 了解这些热效应对于激光系统负载能力至关重要.
研究的目的:
- 为了研究激烈的激光与石英材料相互作用的热效应.
- 为了解释石英激光加热背后的物理机制.
- 开发一种适用于其他不透明材料的方法.
主要方法:
- 建立了一个三维四分之一对称的激光加热石英模型.
- 使用非线性过渡有限元素方法进行分析.
- 在持续激光加热下研究过渡温度场分布.
主要成果:
- 用1064nm激光加热的石英模拟过渡温度场分布.
- 分析了激光参数 (点半径,热流,辐射时间) 和材料参数 (厚度,吸收率) 的影响.
- 由于热传导,在后面表面观察到显著的温度歇斯底里.
结论:
- 在特定的条件下 (20W/cm2,10厘米点,600秒,4厘米厚度),石英的温度达到940.18°C,低于点.
- 有限元法为研究激光材料热相互作用提供了一种可行的方法.
- 拟议的方法可用于分析激光加热的其他不透明材料.
