Coaxial փոշի կերակրման մեջ լազերային ծածկույթ, փոշու և լազերի փոխազդեցությունը ուղղակիորեն կազդի դրա ճշգրտության և որակի վրա երեսպատման ձևավորում. Ինֆրակարմիր տեսախցիկը չի կարող ուղղակիորեն ստանալ լազերային փոշու հալման պահվածքը: Հետևաբար, փոշու միջոցով ջերմության կլանումը վերլուծելով, բարձր արագությամբ տեսախցիկի համակարգ է օգտագործվում փոշի հալման դինամիկ վարքագիծը հավաքելու համար, և ստեղծվում է փոշու հալման գործընթացի դինամիկ վերլուծական մոդել: Լազերային հզորության ազդեցությունը հալման տարբեր փուլերի վրա և հալած ավազան մտնող փոշու ջերմաստիճանային բնութագրերը վերլուծվում են սիմուլյացիայի միջոցով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ լազերային գերարագ տեսախցիկի համակարգի կողմից հավաքված փոշու դինամիկ հալման վարքագծում կա «պինդ վիճակ → պինդ-հեղուկ երկփուլ վիճակ → հեղուկ վիճակ» հալման բնորոշ երեք փուլ: Փոշու հալման դինամիկ վարքագիծը կարող է վերլուծվել մաթեմատիկական անալիտիկ մոդելով, իսկ տարբեր փուլերի ջերմաֆիզիկական վարքագիծը ունի փոշի և լազերային ջերմային փոխազդեցության դինամիկ վերլուծական մոդել: Վերլուծվում է լազերային հզորության, ապակենտրոնացման քանակի և փոշի կրող գազի հոսքի արագության ազդեցությունը փոշու հալման վարքի վրա: Միևնույն ժամանակ, տարբեր լազերային հզորությունների ազդեցությունը յուրաքանչյուր բնորոշ փուլի տեւողության վրա մոդելավորվում և վերլուծվում է` կանխատեսելու համար սուբստրատ հասնող փոշի մասնիկների ջերմաստիճանի բաշխումը: Պարզվել է, որ երբ լազերային հզորությունը բարձրանում է 100 Վտ-ից մինչև 1500 Վտ, հալած ավազան մտնող փոշու ջերմաստիճանը փոխվում է ոչ գծային, իսկ ջերմաստիճանը բարձրանում է 750 ℃-ից մինչև 3250℃:

Լազերային երեսպատման գործընթացն ունի ուժեղ էներգիայի կենտրոնացման, փոքր ծածկույթի ջերմային ազդեցության գոտի, լավ ձևավորում և այլն: Ծածկման գործընթացը հեշտ է վերահսկել, արտադրության արժեքը ցածր է, և այն լավ ազդեցություն ունի մետաղի վերանորոգման և մակերեսային ամրացման վրա: մասեր. Քանի որ կոաքսիալ փոշի սնուցող լազերային երեսպատման ռեժիմն ունի լավ լուսափոշի միացում, ձևավորման բարձր ճշգրտություն, տարածական բարձր ազատություն և ուժեղ իզոտրոպիա, այն դարձել է լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիայի կարևոր ընտրություն: Ձևավորման ճշգրտությունը և որակի վերահսկումը լազերային հավելումների արտադրության բանալին են: Ներկայումս արտադրական պրակտիկայում դրանց մեծ մասը հիմնվում է մեծ թվով գործընթացի թեստերի և կարգավորման ձեռքով փորձի վրա: Տեսական մոդելները ստեղծվում են մեխանիզմի ձևավորման և կազմակերպչական էվոլյուցիայի տեսանկյունից՝ ճշգրտության և որակի կանխատեսմանը հասնելու համար: Դրանցից լազերի և նյութի ջերմային փոխազդեցությունը, ջերմության բաշխման մեխանիզմը և այլն, կարևոր ազդեցություն ունեն լազերային ծածկույթի ճշգրիտ ձևավորման և բարձր արդյունավետության ձևավորման վրա: Հետևաբար, լազերի և փոշու ջերմային փոխազդեցության բարդ եղանակի վերաբերյալ հետազոտություններ իրականացնելու համար անհրաժեշտ է փորձերը համատեղել մոդելավորման հետ, վերլուծել կոաքսիալ փոշի սնուցող փոշու և լազերի ջերմային փոխազդեցությունը, ստեղծել դինամիկ վերլուծական մոդել և հստակեցնել մեխանիզմը: լազերային ջերմության աղբյուրի բնութագրերի ազդեցությունը փոշու ջերմային ֆիզիկական վիճակի վրա, որը պատրաստվում է մտնել հալած ավազան:

Ներկայումս կոաքսիալ փոշի սնուցող լազերային ծածկույթի ջերմային ֆիզիկական վարքի վերաբերյալ հետազոտությունը հիմնականում կենտրոնանում է լազերի վրա փոշու կլանման և ցրման ռեժիմի, լույսի և փոշու ջերմային փոխազդեցության ձևի և հալած ավազանի ջերմային ֆիզիկական վիճակի վրա: Դրանց թվում լույսի և փոշու ջերմային փոխազդեցությունը կարևոր ազդեցություն ունի այլ ֆիզիկական գործընթացների վրա: Բազմաթիվ գիտնականներ տանը և արտերկրում բազմաթիվ հետազոտություններ են իրականացրել այս մասին, օրինակ՝ Շրեյը և այլք։ Նախապես սահմանված լազերային երեսպատման գործընթացի համար առաջարկվում է պարամետրային ինտեգրված վերլուծության մոդել՝ հաշվի առնելով էներգիայի փոխանցման և կորստի մեխանիզմը և հալած նյութի մակերեսային լարվածությունը՝ կանխատեսելու հալված ավազանի ջերմաստիճանը, ծածկույթի երկրաչափությունը և ենթաշերտի նոսրացումը։ Յանգ Յիչենը և այլք: օգտագործել է «հետևի պատկերի բարելավում» անցողիկ պատկերի նկարահանման մեթոդը և պատկերի տեղեկատվության մշակման տեխնոլոգիան՝ ուսումնասիրելու փոշու ճառագայթի և մասնիկների փոփոխվող բնութագրերը լազերային ճառագայթման տակ, արդյունահանվել է ընդգծված վիճակում գտնվող մասնիկների քանակը, պայծառ տարածքի ընդհանուր մակերեսը և մեկ մասնիկի պայծառ տարածքի միջին մակերեսը որպես բնորոշ պարամետրեր՝ զուգորդված լազերային կոաքսիալ փոշի սնուցող հավելումների արտադրության գործընթացի վրա գործընթացի պարամետրերի ազդեցության բնութագրման հետ և առաջարկել է, որ լույս-փոշի փոխազդեցության գործընթացը կարող է լինել. կարգավորվում է հիմնական գործընթացի պարամետրերի ողջամտորեն համապատասխանեցմամբ. Չժու Մինգը և այլք: մոդելավորել և մոդելավորել է նախապես դրված փոշու և լազերի փոխազդեցության վարքագիծը: Ամփոփելով, համապատասխան հետազոտությունը հիմնականում կենտրոնանում է լույսի փոշի գործողության գործընթացում էներգիայի փոխանցման և լույսի փոշի գործողության գործընթացի տարածական ջերմաստիճանի դաշտի բաշխման վրա, մինչդեռ լույսի փոշի գործողության դինամիկ գործընթացի վերաբերյալ ավելի քիչ հետազոտություն կա, Փոշու ջերմային ֆիզիկական վիճակի էվոլյուցիան լուսափոշու գործողության ընթացքում և փոշու մասնիկների վիճակը, որոնք մտնում են հալած ավազան:

Լազերային ծածկույթի կոաքսիալ փոշու սնուցման գործընթացում, հալված լողավազանի մակերեսին մետաղական գոլորշու և պլազմայի առկայության պատճառով, սովորական ջերմային պատկերման մեթոդների համար դժվար է ճշգրիտ արտացոլել հալած ավազան մտնելու պատրաստ փոշու ջերմաստիճանը և վիճակը: . Շատ դժվար է նաև քանակապես վերլուծել լազերային ջերմության աղբյուրի մեխանիզմը փոշու հալման վերջնական փուլում: Վերջնական փուլում փոշու ջերմաստիճանի և վիճակի վրա պրոցեսի պարամետրերի ազդեցությունը ճշգրիտ ուսումնասիրելու համար մշակվել է կոաքսիալ փոշի սնուցման ձևավորում. լազերային ծածկույթ Մշակվել են թեստային հարթակ, ինֆրակարմիր ջերմային պատկերների ձեռքբերման համակարգ և արագընթաց տեսախցիկների ձեռքբերման համակարգ։ Ըստ փոշու հալման տարբեր փուլերի՝ ստեղծվել է դինամիկ ջերմաֆիզիկական վերլուծական մոդել, որը կարող է նկարագրել փոշու հալման վարքը: Մոդելավորվել և հաշվարկվել է տարբեր լազերային հզորությունների տակ փոշու հալման բնորոշ փուլի տևողությունը: Մոդելը շտկվել և օպտիմիզացվել է գերարագ տեսախցիկի համաձայն։ Վերջապես, քանակապես ստացվեց փոշու ջերմաստիճանը և վիճակը, երբ այն հասավ հալած ավազանին տարբեր լազերային հզորությունների ներքո, ինչը տեսական հիմք տվեց փոշու ջերմափոխանակման վարքագիծը դեպի հալված ավազան, հալած ավազանի թերմոդինամիկական վիճակը հետագա ուսումնասիրության համար։ և այլն, և տեսական հիմք է հանդիսացել փոշու հալման վարքագծի վերահսկման իրականացման համար:

1 Փորձարկման մեթոդ

Փորձնական ընտրության թիվ 45 ածխածնային կառուցվածքային պողպատը որպես հիմք օգտագործվել է 120 մմ × 80 մմ × 6 մմ չափսերով: Բարձր կարծրությամբ Ni60A համաձուլվածքի փոշին ընտրվել է որպես փոշի նյութ՝ 80 ~ 160 մկմ փոշի մասնիկի չափով: Քիմիական բաղադրությունը ներկայացված է Աղյուսակ 1-ում: Փորձարկումից առաջ փոշին դրվեց 120 ℃ դիմադրողական վառարանի մեջ՝ չորացնելու համար 1 ժամ՝ փոշու խոնավությունը հեռացնելու համար: Միաժամանակ, թիվ 45 պողպատը հղկել են հղկաթուղթով, որպեսզի հեռացնեն մակերեսի ժանգը և օքսիդ թաղանթը, այնուհետև սրբել են ացետոնային սպիրտով՝ մակերեսի յուղը հեռացնելու համար։

Այս հոդվածում օգտագործվող FL-Dlight-1500 լազերային ջերմության աղբյուրը հիմնականում բաղկացած է ուղիղ ելքային ուղղանկյուն կիսահաղորդչային լազերից: Նվազագույն կետի չափը 1 մմ × 3 մմ է, ալիքի երկարությունը՝ 976 նմ ± 10 նմ, իսկ առավելագույն ելքային հզորությունը՝ 1 500 Վտ։ - ճշգրիտ կոաքսիալ օղակաձև փոշու սնուցման վարդակ՝ օգտագործելով Aidis-ի կողմից արտադրված DIAS: Կարճ ալիքի բարձր ջերմաստիճանի ինֆրակարմիր ջերմային պատկերիչն օգտագործվել է լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության ջերմային պրոցեսը դիտարկելու համար։ Չափված ջերմաստիճանը եղել է 2 ~ 2 900 ℃, սխալը՝ 2%, իսկ չափման հաճախականությունը՝ 500 Հց։ Լազերային հավելումների և վերամշակման գործընթացի ձեռքբերման համակարգում օգտագործվել է VEO 1L գերարագ տեսախցիկ, նկարահանման կադրերի արագությունը՝ 60 410 կադր/վ, լուսարձակման ժամանակը՝ 10 մկվ, ոսպնյակը՝ Nikon AF000 մմ f/1D ֆիքսված ֆոկուս մակրո ոսպնյակ, իսկ օժանդակ լույսի աղբյուրը օգտագործել է HSX-F60 քսենոնային լամպ՝ ձեռքբերման գործընթացի հակադրությունը բարելավելու համար: Փորձարկման և ձեռքբերման համակարգը ներկայացված են Նկար 2.8-ում:

2 Փոշու հալման վարքագծի հայտնաբերում, մոդելավորում և մոդելավորում

2.1 Փոշու հալման գործընթացի ինֆրակարմիր ջերմային պատկերների ձեռքբերում և վերլուծություն

Լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության տարածքում փոշու ջերմաստիճանի բաշխումը և հալած լողավազան մտնող փոշու ջերմային ֆիզիկական վիճակը ուսումնասիրելու համար փոշու սնուցման արագությունը 0.25 ռ/րոպե էր, կրող գազի հոսքի արագությունը՝ 7 լ/րոպե։ Փոշու սնուցման բարձրությունը 20 մմ էր, լազերային դեֆոկուսը՝ 0 մմ, իսկ սկանավորման արագությունը՝ 4 մմ/վ փորձարարական պայմաններում լազերի և փոշու միջև ջերմային փոխազդեցությունը լազերային տարբեր հզորությունների տակ հավաքվել է ինֆրակարմիր ջերմային պատկերի միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում, իսկ վարդակի և հիմքի դիրքերը ներկայացված են Նկար 3-ում:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում, քանի որ լազերային հզորությունը աստիճանաբար մեծանում է, ջերմաստիճանը լույսի փոշի ջերմային փոխազդեցության դաշտում աստիճանաբար աճում է, փոշու ջերմաստիճանի բարձր ջերմաստիճանի տարածքը աստիճանաբար մեծանում է և աստիճանաբար մոտենում է փոշու սնուցման վարդակին և փոշին։ ջերմաստիճանը աստիճանաբար հավասարաչափ բաշխվում է երկայնական առանցքի երկայնքով: Վերլուծության միջոցով կարելի է տեսնել, որ լազերային հզորության աստիճանական աճի հետ աստիճանաբար մեծանում է լազերային էներգիայի խտությունը լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության դաշտում: Լազերային հզորության ավելացումը կամ նվազումը չի ազդում փոշու շարժման հետագծի վրա: Այնուամենայնիվ, եթե լազերային հզորությունը մեծանում է, լույսի փոշի գործողությունից հետո նույն ժամանակ, փոշին կլանում է ավելի բարձր լազերային էներգիա, և փոշու ջերմաստիճանը անմիջապես բարձրանում է: Հետևաբար, փոշու բարձր ջերմաստիճանի տարածքը ձգվում է երկայնքով և աստիճանաբար մոտենում է փոշի սնուցող վարդակին: Հալած ավազան հասնելուց առաջ հալված փոշու մասնաբաժինը մեծանում է: Երբ լազերային հզորությունը 700 Վտ կամ ավելի է, փոշու ջերմաստիճանը արագորեն բարձրանում է, և մետաղական գոլորշիները հայտնվում են հալած ավազանի մոտ և հալած ավազանի մոտ գտնվող տարածքի մոտ և աստիճանաբար մեծանում են լազերային հզորության հետ: Մետաղական գոլորշին մեծ ազդեցություն ունի փոշու ջերմաստիճանի ինֆրակարմիր ջերմային պատկերման չափման վրա: Ինֆրակարմիր ջերմային պատկերների առավելագույն տիրույթը 2 500 ℃ է, մինչդեռ մետաղական գոլորշիներով ծածկված տարածքի ջերմաստիճանը գերազանցում է այս միջակայքը, և այս տարածքը մեծանում է լազերային հզորության աճով: Հետևաբար, միայն այն ժամանակ, երբ փոշին ցածր լազերային հզորության տակ մտնում է հալած լողավազան, ջերմաստիճանը կարող է չափվել ինֆրակարմիր պատկերի միջոցով:

2.2 Ջերմային փոխազդեցության վարքագծի հավաքում և վերլուծություն կոաքսիալ փոշու սնուցման և լազերի միջև

Կիսահաղորդչային լազերային կոաքսիալ փոշու սնուցման արտադրության գործընթացում փոշին լազերային դաշտ մտնելուց հետո անցում կկատարի «պինդ վիճակից → պինդ-հեղուկ երկփուլ վիճակից → հեղուկ վիճակից → ծավալի ընդլայնում → գազաֆիկացում → պլազմա»։ Գրականությունը ցույց է տալիս, որ լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության արդյունքում ստացված փոշու ֆիզիկական վիճակը տարբերվում է լազերային ճառագայթման տարբեր մակարդակներով, և փոշիների միջև պայծառության տարբերությունը կարող է ուղղակիորեն արտացոլել լույսի և փոշու ջերմային փոխազդեցության աստիճանի տարբերությունը: «Հետևի պատկերի բարելավման» միջոցով պինդ փոշին կոաքսիմալ կերպով սնվում է լազերային դաշտ, և փոշին ճառագայթվում է լազերային էներգիայով և տաքանում: Երբ այն հասնի հալման կետին, այն կշարունակի կլանել ջերմությունը: Հալման թաքնված ջերմությունը արտանետվում է դեպի դուրս, և տեղի է ունենում պինդ-հեղուկ փոխակերպում: Այս պահին կարելի է նկատել, որ փոշու գույնը աստիճանաբար փոխվում է սևից դեպի վառ սպիտակ՝ գերարագ լուսանկարչության միջոցով: Երբ ամբողջ փոշին սևից վերածվում է վառ սպիտակի, դա ցույց է տալիս, որ փուլային փոփոխությունն ավարտված է: Եթե ​​հալված փոշին շարունակի ջերմություն կլանել, ծավալը կընդլայնվի։ Երբ ջերմաստիճանը հասնի գոլորշիացման ջերմաստիճանին, հալված փոշու շուրջ կառաջանա մետաղական գոլորշի, և կհայտնվի նույնիսկ պլազմա: Մեկ փոշու հալման վարքագիծը շատ նման է ընդհանուր փոշու փնջի հալման վարքագծին: Թեև լազերային ծածկույթի կոաքսիալ փոշու սնուցման ժամանակ ավելի շատ փոշիներ կան, կարելի է ուսումնասիրել մեկ փոշու հալման բնորոշ վարքը:

Օգտագործելով Նկար 1-ը Կառուցվել է կիսահաղորդչային լազերային երեսպատման կոաքսիալ փոշի սնուցող համակարգը, և ընտրվել է փոշու երեսպատման բնորոշ գործընթացը՝ մեկ փոշու հալման վարքը վերլուծելու և հավաքելու համար: Երբ լազերային հզորությունը սահմանվում է ողջամտորեն, լազեր մտնող փոշին լազերային գործողության շնորհիվ ամբողջությամբ չի փոխարկվի մետաղի գոլորշու կամ պլազմայի, և լույսի փոշի գործողության այս ջերմային գործընթացը նույնպես կանոնավոր է: Հետևաբար, լազերային գործողության դաշտ մտնող փոշու հալման գործընթացը կարող է պարզեցվել։

Քանի որ հավանականությունը, որ բոլոր փոշիները վերածվեն գազի կամ պլազմայի, փոքր է և քիչ ազդեցություն ունի ամբողջ ջերմային գործընթացի վրա, փոշի հալման գործընթացը պարզեցված է՝ ստանալով երեք բնորոշ փուլեր, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում: r/min, փոշի կրող գազի հոսքի արագությունը 0.25 լ/րոպե, փոշու սնուցման բարձրությունը 7 մմ, լազերային ապաֆոկուսի քանակը 20 մմ, և սկանավորման արագությունը 0 մմ/վ, օգտագործվում են տարբեր լազերային հզորություններ: Պինդ փոշի հալման գործընթացը հավաքվում է բարձր արագությամբ տեսանյութով և մշակվում Matlab ծրագրաշարի միջոցով: Պատկերում փոշու հալման պայծառությունն ու պիքսելային տարածքը օգտագործվում են որպես բնորոշ ազդանշաններ: Վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ փոշին լազերային գործողության դաշտ մտնելու պահից մինչև հալած ավազանի մեջ ընկնելու պահից կան երեք բնորոշ փուլեր, մասնավորապես 4 Բնութագրական փուլ 3. հալման փուլի սկիզբ, փոշին դուրս է մղվում վարդակից, շարժման ժամանակը 1 ~ 0 ms է, և լազերային ճառագայթման տարածք մտնելուց հետո այն կլանում է ջերմությունը և սկսում է սև պինդից վերածվել սպիտակ հեղուկի: Փոշու բնութագրերը այս փուլում գորշ գույնի արժեքներն են 9.8 ~ 0 և պիքսելային արժեքները 160 ~ 0 պիքսել; Բնութագրական փուլ 2. լրիվ լուսարձակման փուլ, փոշու շարժման ժամանակը 2 ~ 9.9 մվ է, փոշին շարունակում է ջերմություն կլանել լազերային ջերմային փոխազդեցության տակ, հալվում է վերևից ներքև և վերջապես դառնում է լիովին վառ հեղուկ մասնիկ: Փոշու բնութագրերն այս փուլում գորշ գույնի արժեքներն են 12 ~ 160 և պիքսելային արժեքները 255 ~ 2 պիքսել; Բնութագրական փուլ 5. հալված կաթիլը մտնում է հալված լողավազանի փուլ, փոշի շարժման ժամանակը 3 ~ 12.1 մվ է, հեղուկ փոշին շարունակում է ջերմություն կլանել լազերային ջերմային փոխազդեցության միջոցով և ծավալը շարունակում է աճել: Հնարավոր է նաև, որ այս պահին փետուրներ առաջանան: Ի վերջո, փոշին մտնում է հալած ավազանը որպես բարձր ջերմաստիճանի հեղուկ։ Փոշու բնութագրերը այս փուլում գորշ գույնի արժեքներն են: 18, պիքսելային արժեքը 255 պիքսելից մեծ է: Ամփոփելով, փոշին փոխակերպվում է լազերային «պինդ վիճակից → պինդ-հեղուկ երկփուլ վիճակից → հեղուկ վիճակից»:

2.3 Փոշու հալման պահվածքի ջերմային ֆիզիկական գործընթացի վերլուծություն, երբ այն սնվում է լազերային

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում, լազերում փոշու հալման ձևը դինամիկ է, և էներգիայի կլանման գործընթացը նույնպես դինամիկ է: Ուստի լազեր մտնելուց հետո փոշու հալման վարքի նկարագրությունը նույնպես պետք է դինամիկ լինի։ Այնուամենայնիվ, գոյություն ունեցողների մեծ մասը
ջերմային ֆիզիկական մոդելները օգտագործում են ստատիկ և մեկ ջերմային կլանման հավասարումներ: Հետևաբար, անհրաժեշտ է ստեղծել դինամիկ ջերմային ֆիզիկական մոդել՝ ըստ տարբեր բնութագրական փուլերի՝ նկարագրելու լազերային պինդ փոշու հալման վարքագիծը և հաշվարկելու և վերլուծելու հալած ավազան մտնող փոշու վիճակն ու ջերմաստիճանը:

2.3.1 Լազերային ջերմային աղբյուրի մոդել

Ջերմային աղբյուրի բնութագրերի ազդեցությունը փոշու հալման վարքի վրա վերլուծելու համար նախ ստեղծվել է լազերային ջերմային աղբյուրի մոդել: Քանի որ լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության մեջ էներգիայի փոխանցման ձևը և կրիչը համեմատաբար բարդ են, լույս-փոշի ջերմային փոխազդեցության գործընթացի համար անհրաժեշտ է անել հետևյալ ենթադրությունները. պլազմային; ② Փոշու վրա գործող լազերային էներգիայի խտության վերլուծությունը համապատասխանում է trapezoidal բաշխմանը. ③ Ուսումնասիրված փոշին վերջապես մտնում է հալած ավազանը լույսի և փոշու փոխազդեցությունից հետո. ④ Մետաղական գոլորշին փոշու վրա գործում է ջերմային հաղորդման տեսքով, բայց ազդեցությունը համեմատաբար փոքր է, ուստի մետաղի գոլորշու ազդեցությունը փոշու ջերմաստիճանի վրա անտեսվում է ուսումնասիրության մեջ: Ուղղանկյուն կիսահաղորդչային լազերային ջերմության աղբյուրը Գաուսի է, որը բաշխված է x ուղղությամբ և trapezoidal՝ բաշխված y ուղղությամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում:

Կիսահաղորդչային լազերային ջերմության աղբյուրը տրապեզոիդային բաշխումն է, որը լավագույնս արտացոլում է էներգիայի բաշխման միատեսակությունը երկարության ուղղությամբ: Միևնույն ժամանակ, լազերային ծածկույթի ուղղությունը ուղղահայաց է լազերային կետի երկարության ուղղությամբ: Հետևաբար, լազերային ջերմության աղբյուրի մոդելը պարզեցնելու համար անհրաժեշտ է ենթադրել, որ փոշին հարթության երկայնքով շարժվում է դեպի հալած լողավազան՝ լազերային լայնության ուղղությանը ուղղահայաց առավելագույն էներգիայով: Լազերային ջերմության ազդեցությունից հետո ջերմային ֆիզիկական վարքը վերլուծվում է ըստ լազերային էներգիայի խտության տրապեզոիդային բաշխման: Լազերային էներգիայի բաշխման պարզեցված բանաձևը ներկայացված է (1) բանաձևում, որտեղ. qlaser-ը լազերային էներգիայի խտությունն է լույսի փոշի գործողության տարածության ցանկացած դիրքում. P-ն լազերային հզորությունն է; W-ն լազերային կետի լայնությունն է; L-ն կետի երկարությունն է; y-ը լազերային ճառագայթի երկարության հեռավորությունն է:

Երբ լազերային երեսպատումն իրականացվում է կոաքսիալ փոշու սնուցման տեսքով, փոշին ազդում է փոշի կրող օդի հոսքից, և շարժման ձևը համեմատաբար բարդ է: Օղակաձև փոշու սնուցման համար թեթև փոշի ջերմային փոխազդեցության տարածության փոշին ազդում է օդի հոսքի դիմադրության և սեփական ձգողականության ազդեցության տակ, ուստի ուժի ձևն ավելի բարդ է, և ավելի դժվար է վերլուծել դրանց ուժի և շարժման ձևերը: Այնուամենայնիվ, օղակաձև փոշի սնուցող երեսպատման գլխի և փոշու ճառագայթի բարձր համաչափության պատճառով, երբ փոշի կերակրման պարամետրերը հաստատուն են, նույն խաչմերուկով փոշիները ունեն նույն ուժը և շարժման ձևը: Հետևաբար, այս փաստաթուղթը վերլուծում է փոշու շարժման մոդելը երկչափ խաչմերուկում՝ լազերային կետի լայնության կենտրոնական ուղղությամբ, և ուժը
ռեժիմը ներկայացված է Նկար 6-ում:

Մեկ փոշու շարժումը փոշի սնուցող վարդակից դեպի հալած լողավազան կարող է տրոհվել հորիզոնական և ուղղահայաց ուղղությունների: Շարժման ժամանակը t1 և t2 երկու ուղղություններով կարելի է հաշվարկել կինեմատիկայով: Լազերային գործողության դաշտում շարժման առավելագույն ժամանակը կարող է հաշվարկվել որպես t = min[t1, t2], այսինքն՝ տես բանաձեւը (2) նկարում, որտեղ. az-ը փոշու արագացումն է ուղղահայաց ուղղությամբ. ay-ը փոշու արագացումն է հորիզոնական ուղղությամբ. θ-ը փոշու անկման անկյունն է:
Լազերային էներգիայի բաշխումը (1) զուգորդվում է փոշու շարժման մոդելի հետ (2), և էներգիայի խտության քլազերը ցանկացած պահի t լազերային ճառագայթում ստացվում է որպես (3), որը ցույց է տրված նկարում: Որտեղ. t-ն այն ժամանակն է, որն անհրաժեշտ է փոշին լազերային ցանկացած դիրք տեղափոխելու համար:

2.3.2 Ջերմային ֆիզիկական պրոցեսների մոդելավորում 1-ին բնորոշ փուլում

Լազերային դաշտ մտնելու վաղ փուլում փոշին չի հալվում լազերային փոխազդեցությամբ, այլ ցածր ջերմաստիճանի պինդ վիճակից փոխվում է բարձր ջերմաստիճանի պինդ վիճակի։ Էներգիայի փոխանցման հաշվեկշռի հավասարումը այս պահին ներկայացված է նկարում: Բանաձև (4) (5). Բանաձևում փոշին պինդ է. Qp-solid-ը փոշու կողմից կլանված ջերմությունն է. Qp-solidabs-ը լազերային ջերմությունն է, որը կլանում է փոշին t1 փուլում; Qp-solidcon-ը փոշու կորցրած ջերմությունն է ջերմային կոնվեկցիայի միջոցով; Qp-solidrad-ը ջերմային ճառագայթման արդյունքում փոշու կորցրած ջերմությունն է. αsolid-ը լազերային ներծծող փոշու հարաբերակցությունն է. hp-solid-ը փոշի ջերմային կոնվեկցիայի ջերմային փոխանցման գործակիցն է. Tp-solid(t)-ը փոշու վերջնական իրական ժամանակի ջերմաստիճանն է առաջին բնորոշ փուլում. ρp-պինդը փոշու խտությունն է. Cp-solid-ը փոշու հատուկ ջերմային հզորությունն է. մեկ փոշի մասնիկի շառավիղն է. T0-ը շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանն է. փոշու արտանետումն է լազերային; Բոլցմանի հաստատունն է։

Բանաձևից (5) կարելի է տեսնել, որ 1-ին բնորոշ փուլի t1 տեւողությունը մեծանում է qlaser(t)-ով, այսինքն, երբ լազերային P հզորությունը և փոշու անկման θ անկյունը նվազում են, լազերային դեֆոկուսը D և փոշու անկման սկզբնական մասը: արագությունը v0 աճում է, 1-ին բնորոշ փուլի t1 տեւողությունը մեծանում է, իսկ փոշու իրական ժամանակում ջերմաստիճանի Tp-solid(t) աճի տեմպը դանդաղում է:

2.3.3 Բնութագրական փուլի 2-րդ փուլի ջերմաֆիզիկական գործընթացի մոդելավորում

Փոշը սկսում է անցնել պինդ-հեղուկ փուլային անցում: Մինչ փոշին կլանում է ջերմությունը, այն թողարկում է հալման թաքնված ջերմություն՝ փուլային անցման պատճառով: Այս փուլում փոխվում է լազերային էներգիայի կրիչի ջերմային ֆիզիկական վիճակը, և էներգիայի փոխանցման հաշվեկշռի հավասարումը ցույց է տրված (6) (7) բանաձևում նկարում: Որտեղ: Qp-latent-ը էներգիան է, որն ազատվում է, երբ փոշին անցնում է փուլային անցում:

Որտեղ: ∆Hf-ը հալման թաքնված ջերմությունն է, իսկ Tm-ը փոշու հալման կետն է: Քանի որ փոշու ջերմաստիճանի տարբերությունը փոքր է պինդ-հեղուկ անցման ժամանակ, այս արժեքը մոտավորապես հավասար է Tm-ին, ուստի (7) բանաձևը պարզեցված է նկարում (8) բանաձևով:

Կարելի է եզրակացնել (8) հավասարումից, որ 2-րդ (t2−t1) բնորոշ փուլի տևողությունը մեծանում է, քանի որ լազերային հզորությունը P-ն ու փոշու անկման θ անկյունը նվազում են, ինչպես նաև նվազում է, քանի որ փոշու միջին մասնիկի չափը rp է, փոշու սկզբնական արագությունը v0 և լազերային ապակենտրոնացման քանակը D նվազում է:

2.3.4 Բնութագրական փուլի 3-րդ փուլի ջերմաֆիզիկական գործընթացի մոդելավորում

Փոշին ավարտել է պինդ-հեղուկ անցումը և դեռևս ենթարկվում է շարունակական լազերային ջերմության՝ նախքան հալած ավազանի մեջ ընկնելը: Փոշու պինդ և հեղուկ փուլերի ջերմաֆիզիկական պարամետրերի մեծ տարբերության պատճառով այս փուլի ջերմաֆիզիկական գործընթացը պետք է ճշգրտվի ըստ հեղուկ վիճակի փոխանցման ջերմաֆիզիկական պարամետրերի: Ջերմային փոխանցման հաշվեկշռի հավասարումը ներկայացված է նկարում (9) բանաձեւում: Բանաձևում. փոշիները բոլորը հեղուկ են. Qp- հեղուկը փոշու կողմից կլանված ջերմությունն է. Qp-liquidabs-ը փոշու վրա գործող լազերի ջերմությունն է. Qp-liquidcon-ը փոշու կորցրած ջերմությունն է ջերմային կոնվեկցիայի պատճառով; Qp-liquidrad-ը փոշու կորցրած ջերմությունն է ջերմային ճառագայթման պատճառով:

Բանաձևում. փոշիները բոլորը հեղուկ են. α հեղուկը լազերի կլանման արագությունն է. hp- հեղուկը կոնվեկցիոն ջերմության փոխանցման գործակիցն է. Tp- հեղուկ (t) իրական ժամանակի ջերմաստիճանն է. ρp-հեղուկը խտությունն է. Cp- հեղուկը հատուկ ջերմային հզորություն է:

Բանաձևից (10) կարելի է տեսնել, որ բնորոշ 2-րդ փուլի տևողությունը (t3−t2) կապված է հեղուկ փոշու Tp-հեղուկ(t) իրական ժամանակի ջերմաստիճանի, փոշու շարժման սկզբնական արագության v0, լազերի հետ։ հզորությունը P, լազերային դրական դեֆոկուսի քանակը D, փոշու անկման անկյուն θ և այլ պարամետրեր: Եթե ​​փոշու ջերմաստիճանը միևնույն ժամանակ բարձրացվի ավելի բարձր, լազերային դրական դեֆոկուսի քանակը D, փոշու շարժման սկզբնական արագությունը v0 կարող է կրճատվել: Նվազեցրեք լազերային հզորությունը P, մեծացրեք փոշու անկման θ անկյունը, և այս պահին փոշին ավելի երկար կտևի բնորոշ 3-րդ փուլում:

2.4 Փոշու հալման վարքագծի մոդելավորման վերլուծություն

2.4.1 Լազերային հզորության ազդեցությունը փոշու հալման վարքի վրա

Թեև կիսահաղորդչային լազերային կոաքսիալ փոշու սնուցման արտադրության գործընթացում հալած լողավազանի մակերեսը ծածկված է մետաղական գոլորշով, ինչը դժվարացնում է փոշու ջերմաստիճանը չափելը, երբ այն մտնում է հալված լողավազան, վերը նշված մոդելը կարող է օգտագործվել ջերմաստիճանը հաշվարկելու համար: փոշին, երբ այն մտնում է հալած լողավազան, և կանխատեսում է փոշու ֆիզիկական վիճակը, երբ այն մտնում է հալած ավազանը: Մոդելը օգտագործվում է տարբեր լազերային հզորությունների ներքո փոշու տեւողությունը երեք բնորոշ փուլերում հաշվարկելու համար: Նույն լազերային հզորության և այլ պարամետրերի ներքո յուրաքանչյուր բնորոշ փուլի իրական տևողությունը գրանցվում է գերարագ տեսախցիկով: Մոդելի ճշգրտությունը ստուգվում է՝ համեմատելով տեւողությունը առաջ և հետո: Ստացված մոդելի հիման վրա վերլուծվում և գնահատվում են փոշու ջերմաստիճանը և վիճակը, երբ այն մտնում է հալած ավազան:

Հետևյալ մոդելավորման պայմաններում՝ փոշու սնուցման արագություն 0.25 ռ/րոպե, փոշու կրող գազի հոսքի արագություն 7 լ/րոպե, լազերային դեֆոկուս՝ 0 մմ, փոշու սնուցման բարձրություն՝ 20 մմ, փոշու անկման անկյուն՝ 45 °, բանաձև (3), բանաձև (5) , բանաձև Փոշու իրական ժամանակի ջերմաստիճանը T(t), որը համապատասխանում է t1, t2 և t3 ժամանակին (8) և (10)-ում, մոդելավորվում է Matlab-ի կողմից՝ տարբեր լազերային հզորությունների qlaser-ի ազդեցությունը յուրաքանչյուր բնորոշ փուլի տ1 տևողության վրա ստանալու համար: , (t2−t1) և (t3−t2): Մոդելավորման պարամետրերը ներկայացված են Աղյուսակ 2-ում:

Մոդելավորման արժեքն ունի որոշակի շեղում փորձարարական արժեքից: Բնութագրական փուլի 1-ին մոդելավորման արժեքը միշտ ավելի մեծ է, քան փորձարարական արժեքը, իսկ բնորոշ փուլի 3-ի մոդելավորման արժեքը միշտ փոքր է փորձարարական արժեքից: Ցածր հզորությամբ 1-ին բնորոշ փուլի տեւողության եւ բարձր հզորությամբ բնորոշ փուլի 3-ի տեւողության մոդելավորման արդյունքները միանգամայն տարբեր են փորձարարական արդյունքներից, քանի որ ցածր հզորությամբ բնորոշ փուլի 1-ի և բարձր հզորությամբ բնորոշ փուլի 3-ի տևողությունը համեմատաբար համեմատաբար է: երկար. Երկու գործընթացներին էլ խանգարում են այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են հալած ավազանի ջերմային արտացոլումը և մետաղի գոլորշիների բարձր ջերմությունը, որոնք անտեսվում են մոդելավորման մոդելավորման ժամանակ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում:

2.4.2 Դեֆոկուսի ազդեցությունը փոշու հալման վարքի վրա

Փոշու սնուցման արագությունը 0.25 ռ/րոպե, փոշի կրող գազի հոսքի արագությունը 7 լ/րոպե, սկանավորման արագությունը 4 մմ/վ, փոշու սնուցման բարձրությունը 20 մմ և լազերային հզորություն 1 100 Վտ հզորությամբ, ապաֆոկուսը կարգավորվել է ուսումնասիրելու դեֆոկուսի ազդեցությունը լույս-փոշի փոխազդեցության տարածության վրա ջերմաստիճանի բաշխման վրա կոաքսիալ լազերային երեսպատման ժամանակ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-ում:

Ինչպես երևում է Նկար 8-ից, ապաֆոկուսի ավելացումը կբարձրացնի փոշու հալման քանակությունը լազերային կետի կողային ուղղությամբ, և փոշի մասնիկների ջերմաստիճանի բաշխման միատեսակությունը նույնպես կբարձրանա լազերային կետի կողային ուղղությամբ: . Փոշու ջերմաստիճանի բարձր ջերմաստիճանի տարածքի տարածքը սկզբում մեծանում է, ապա նվազում, իսկ բարձր ջերմաստիճանի վիճակում գտնվող փոշու մասնիկները սկզբում մոտ են, այնուհետև հեռու են վարդակից: Պատճառն այն է, որ դեֆոկուսը մեծանում է 0 մմ-ից, ինչը նշանակում է, որ լազերային կողային ուղղության առավելագույն էներգիայի բաշխման խաչմերուկն աստիճանաբար տեղափոխվում է ենթաշերտից դեպի վարդակ: Երբ ապաֆոկուսը + 10 մմ է, էներգիայի միջին խտությունը, որը փոշու մասնիկները կարող են կլանել լույս-փոշի փոխազդեցության ժամանակ, ամենամեծն է. երբ ապաֆոկուսը գերազանցում է + 10 մմ Դրանից հետո լազերային ֆոկուսի և ենթաշերտի միջև հեռավորությունը չափազանց մեծ է, և լազերային ճառագայթ գտնվում է դիվերգենտ վիճակում, այնպես որ միջին էներգիայի խտությունը, որը փոշու մասնիկները կարող են կլանել լույս-փոշի փոխազդեցության մեջ, նվազում է կիզակետային երկարության մեծացման հետ: Հետևաբար, նկատվում է, որ փոշու մասնիկները ավելի շատ հալչում են լազերային կետի կողային ուղղությամբ, և փոշու հալման անհամասեռությունը նվազում է այս ուղղությամբ, և փոշու ջերմաստիճանի բարձր ջերմաստիճանի տարածքի տարածքը մեծանում է, և այնուհետև նվազում է.

Փոշու սնուցման քանակությունը 0.25 ռ/րոպե, սկանավորման արագությունը 4 մմ/վ, փոշու սնուցման բարձրությունը 20 մմ, լազերային հզորությունը 1 100 Վտ և ապաֆոկուսի չափը 0 մմ, կարգավորելով փոշու կրիչի գազի հոսքի արագությունը, ազդեցությունը Ուսումնասիրված է փոշու կրիչի գազի հոսքի արագությունը լույս-փոշի փոխազդեցության տարածքում կոաքսիալ լազերային ծածկույթի ժամանակ ջերմաստիճանի բաշխման վրա: Երբ փոշի կրող գազի հոսքի արագությունը 5, 7, 9 և 11 լ/րոպե է, ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում:

Նկար 9-ից երևում է, որ քանի որ փոխադրող գազի հոսքի արագությունը աստիճանաբար մեծանում է, հալված փոշու մասնիկների քանակը մի փոքր նվազում է, փոշու մասնիկների բարձր ջերմաստիճանի տարածքի մակերեսը համեմատաբար նվազում է, և ջերմաստիճանի միատեսակությունը։ փոշու մասնիկների բաշխումը թուլանում է: Պատճառն այն է, որ փոխադրող գազի հոսքի արագությունը ազդում է փոշու մասնիկների շարժման արագության և տարածական բաշխման վրա լույսի փոշի գործողության տարածքում: Երբ փոխադրող գազի հոսքի արագությունը մեծանում է, փոշու մասնիկների շարժման արագությունը լույսի փոշի գործողության տարածությունում մեծանում է, իսկ գործողության ժամանակը լույսի փոշի գործողության տարածքում նվազում է, այնպես որ փոշի մասնիկների ջերմաստիճանը նույն դիրքում աստիճանաբար: նվազում է, և ջերմաստիճանը նույնպես համապատասխանաբար կնվազի հալած ավազանի մեջ ընկնելիս: Մետաղական գոլորշին, որն առաջանում է երեսպատման ողջ գործընթացի ընթացքում, նույնպես համապատասխանաբար կնվազի, և փոշու մասնիկների կոնցենտրացիան լույսի փոշի գործողության տարածքում նույնպես նվազում է: Համեմատած լազերային հզորության և լուսափոշու գործողության տարածության ջերմաստիճանի բաշխման վրա լազերային ազդեցության հետ, կրող գազի հոսքի արագության փոփոխությունն ավելի քիչ ազդեցություն ունի լույս-փոշի գործողության տարածության ջերմաստիճանի բաշխման վրա:

2.4.3 Փոշու հալման փուլի ջերմաստիճանի մոդելավորում տարբեր լազերային հզորություններում

Երբ փոշի մասնիկի չափը 120 մկմ է, կրող գազի հոսքի արագությունը՝ 7 լ/րոպե, փոշու անկման անկյունը՝ 45°, փոշու սկզբնական արագությունը՝ 0.8 մմ/մ, իսկ լազերային դեֆոկուսը՝ 0 մմ, իսկ փոշու սնուցումը։ բարձրությունը՝ 20 մմ։ Ջերմային ֆիզիկայի մոդելի փոփոխության հիման վրա Matlab գործիքն օգտագործվում է տարբեր լազերային հզորություններին համապատասխանող փոշու ջերմաստիճանը մոդելավորելու համար, և ստացվում է փոշու ջերմաստիճանի փոփոխության միտումը ժամանակի ընթացքում տարբեր լազերային հզորությունների ներքո, ինչպես ցույց է տրված Նկար 10-ում:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 10-ում, լազերային գործողության սկզբնական փուլում փոշու ջերմաստիճանի բարձրացումը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան հալման միջին և վերջին փուլերում, ինչը բացատրում է այն երևույթը, որ պինդ փոշին կլանում է ավելի շատ լազերային էներգիա և կորցնում: ավելի քիչ էներգիա, քան հեղուկ փոշին: Երկրորդ, բացառությամբ այն դեպքերի, երբ լազերային հզորությունը 100 Վտ է, ջերմաստիճանի կորը ունի երկու թեքման կետ, մասնավորապես 1 060 ℃ և 1 260 ℃: Կարելի է տեսնել, որ ամենաարագ աճի տեմպը 1 060 ℃-ից ցածր տաքացման կորն է, իսկ աճի ամենադանդաղ տեմպը 1 260 ℃-ից բարձր տաքացման կորն է: Ջերմաստիճանի աճի տեմպը 1 060 ~ 1 260 ℃ ջեռուցման միջակայքում վերը նշված երկուսի միջև է: Պատճառն այն է, որ փոշին սկսում է հալվել 1 060 ℃ ջերմաստիճանում և հալվում է 1 260 ℃ ջերմաստիճանում: ℃, և քանի որ փոշու կլանման արագությունը և կորստի արագությունը լազերային պինդ և հեղուկ վիճակում տարբեր են, ջեռուցման կորի թեքությունը տարբեր է, այսինքն, ջերմաստիճանի աճի տեմպը տարբեր է: Բացի այդ, տաքացման կորից երևում է, որ ջերմաստիճանի աճի արագությունը աստիճանաբար աճում է, երբ փոշին մտնում է լազեր՝ սկզբում փոշու հետ փոխազդելու համար; հալման վերջում ջերմաստիճանի աճի տեմպը աստիճանաբար նվազում է: Պատճառն այն է, որ դրանք շարժվում են տրապեզոիդ լազերային ջերմության աղբյուրի եզրին և փոխվում է էներգիայի խտությունը։

3 Եզրակացություն

(1) Լազերի մեջ փոշու հալման դինամիկ վարքը հավաքվում է բարձր արագությամբ տեսանյութով: Պարզվել է, որ կան փոշու հալման երեք բնորոշ բնորոշ փուլեր՝ «պինդ → պինդ-հեղուկ երկփուլ վիճակ → հեղուկ վիճակ»։ Տարբեր բնութագրական փուլերի տեւողությունը եւ հալման բնորոշ հավասարումը տարբեր են։ Դրա հիման վրա ստեղծվել է մաթեմատիկական վերլուծական մոդել, որը կարող է նկարագրել փոշու հալման դինամիկ վարքը:

(2) Վերլուծվում են լազերային հզորության, ապակենտրոնացման քանակի և փոշի կրող գազի հոսքի արագության ազդեցությունը լույսի փոշի գործողության տարածքում փոշու ջերմաստիճանի բաշխման վրա: Միևնույն ժամանակ, մոդելն օգտագործվում է վերլուծելու տարբեր լազերային հզորությունների ազդեցությունը յուրաքանչյուր բնորոշ փուլի տեւողության վրա: Սուբստրատ հասնող փոշի մասնիկների ջերմաստիճանի բաշխումը մոդելավորվում և կանխատեսվում է: Պարզվել է, որ երբ լազերային հզորությունը 100 Վտ-ից մինչև 200 Վտ է ավելանում, փոշու հալման ջերմաստիճանը մեծանում է: Երբ լազերային հզորությունը մեծանում է մինչև 1500 Վտ, հալած ավազան մտնող փոշու ջերմաստիճանը փոխվում է ոչ գծային: Մոդելավորման արդյունքներից կարելի է պարզել, որ երբ լազերային հզորությունը բարձրանում է 100 Վտ-ից մինչև 1500 Վտ, հալած լողավազան մտնող փոշու ջերմաստիճանը 750 ℃-ից բարձրանում է մինչև 3250 ℃: