光学元件表面的洁净风刀冲扫技术研究

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1、硕士学位论文光学元件表面的洁净风刀冲扫技术研究RESEARCHONOPTICALSURFACECLEANWITHAIRKNIFEPURGETECHNOLOGY张志国哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH122学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文光学元件表面的洁净风刀冲扫技术研究硕士研究生：张志国导师：张庆春教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH122U.D.C:621Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONOPTICALSURFACECLEANWITHAIRKNIFEPURGETECHNOLOGYCandidate：ZhangZhiguoSupervisor：Prof.ZhangQingchunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechat

3、ronicsEngineeringDateofDefence：July，2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要高能激光驱动器是激光惯性约束核聚变装置的核心组成部分，终端光学组件（FinalOpticsAssembly，简称FOA）位于驱动器的末端，主要功能是实现激光的频率转换和精密聚焦，内部集成了多块高价值大口径光学元件。光学元件表面污染物是诱导高能激光驱动器中光学元件损伤的主要原因，也是驱动器负载能力提

4、升的最大障碍。本文以我国最大的惯性约束核聚变装置——神光-Ⅲ主机装置的终端光学组件为研究对象，开展基于风刀的光学元件表面洁净度获取和保持技术的研究，实现终端光学组件的长期稳定运行。首先基于流体动力学理论，对使用高速气流去除光学元件表面颗粒物的问题进行了分析。结合离散单元法和流体分析技术建立了基于风刀去除粘附颗粒的气-固两相流分析模型。然后，对固体颗粒的粘附作用力来源和影响规律进行了分析，计算了不同尺寸颗粒物在光学元件表面的粘附力，建立了光学元件表面的固体颗粒粘附力计算模型。通过建立风刀气体动压强在光学元件表面的分布计算模

5、型，理论分析了光学元件表面的气体动压对粘附颗粒去除的有效性。使用Fluent与EDEM软件建立了基于风刀的洁净冲扫系统的流固耦合仿真模型，对光学元件表面粘附颗粒物的吹扫过程进行了仿真，得到了风刀冲扫参数对粘附微粒的去除规律和去除率；对基于风刀的光学元件表面风幕形成及其对外来颗粒污染物的隔离过程进行了仿真分析，得到了风刀参数对外来颗粒物的隔离规律。最后，设计了基于风刀的洁净冲扫和防护系统的简化实验方案，对光学元件表面进行颗粒污染物冲扫实验和风幕隔离实验，验证了仿真结果的准确性，得出了该洁净系统能够实现对直径分布在5～90µ

6、m之间的粘附颗粒的去除及对外来微粒的隔离，可以将它用于终端光学组件内光学元件表面的在线洁净防护的结论。关键词：终端光学组件；表面洁净度；风刀；流-固耦合分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractHighenergylaserdriverisacorepartoflaserinertialconfinementfusiondevice,thefinalopticalassembly(FOAforshort)whichintegratesmultiplehigh-valuelargeapertureoptica

7、lelementsisattheendofthedriver,anditsmainfunctionistoachievethelaser’sfrequencyconversionandprecisefocusing.Thesurfacecleanlinessofopticsisthemainreasonforopticalelementsdamageinhighenergylaserdriver,alsoisthebiggestobstacletoimprovetheloadcapacityofdriver.Inthis

8、paper,China'slargestinertialconfinementfusiondevice–thehostdeviceofSG-Ⅲfinalopticalassemblyofthehostdeviceastheresearchobject,thestudyofobtainingandmaintaining