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工程设计学报
工程设计学报  2025, Vol. 32 Issue (3): 421-426    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2025.04.185
基础零部件设计     
2 kW激光器泵浦源相变直冷板设计与性能分析
蒋宇翔1(),周超超1,陈勇1,林中湘2,段云锋3,邱长军1()
1.南华大学 超常环境下机电装备安全服役技术湖南省重点实验室，湖南 衡阳 421001
2.中煤地质集团有限公司，北京 100040
3.天津凯普林光电科技有限公司，天津 300201
Design and performance analysis of phase-change direct cooling plate for 2 kW laser pump source
Yuxiang JIANG1(),Chaochao ZHOU1,Yong CHEN1,Zhongxiang LIN2,Yunfeng DUAN3,Changjun QIU1()
1.Hunan Provincial Key Laboratory of Equipment Safety Service Technology under Abnormal Environment, University of South China, Hengyang 421001, China
2.China Coal Geology Group Co. , Ltd. , Beijing 100040, China
3.BWT Tianjin Ltd. , Tianjin 300201, China
 全文: PDF(3654 KB)   HTML
摘要：

为了实现2 kW光纤激光器的精准散热和部件轻量化，保证其稳定可靠工作，需对其泵浦源进行有效的热管理。针对2 kW光纤激光器设计了一种相变直冷板，其采用压缩机驱动、制冷剂相变直冷的方式；优化了相变直冷板的内部流道，并对冷板的散热性能进行CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）数值模拟分析和实验测试。结果表明，在换热条件下，采用单流程加变径流道的相变直冷板，可以使泵浦源模拟热源在2.8 kW最高发热功率下工作温度保持为(26±0.5) ℃，表明该冷板能够满足2 kW光纤激光器稳定可靠工作的散热需求。研究结果为相变直冷系统原理样机的制作提供了理论支持。
关键词： 光纤激光器;  热管理;  相变直冷    
Abstract:

In order to achieve precise heat dissipation and component lightweighting for a 2 kW fiber laser, and to ensure its stable and reliable operation, effective thermal management for its pump source is necessary. A phase-change direct cooling plate was designed for a 2 kW fiber laser, using a method of compressor-driven and refrigerant phase-change direct cooling. The internal flow channel of the phase-change direct cooling plate was optimized, and the heat dissipation performance of the cooling plate was analyzed through CFD (computational fluid dynamics) numerical simulation and experimental test. it was determined that adopting the phase-change direct cooling plate with a single flow path and variable diameter of flow channel could maintain the working temperature of (26±0.5) ℃ at the pump source simulation heat source under the maximum heating power of 2.8 kW, while meeting the heat transfer condition. The result indicated that the colding plate could meet the heat dissipation requirements for the stable and reliable operation of a 2 kW fiber laser. The research results provide theoretical support for the production of principle prototype of phase-change direct cooling system.
Key words: fiber laser    thermal management    phase-change direct cooling
收稿日期: 2024-12-18 出版日期: 2025-07-02
CLC:  TB 663  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2023YFC3010901)
通讯作者: 邱长军     E-mail: j1922868468@163.com;qcj@usc.edu.cn
作者简介: 蒋宇翔（1999—），男，硕士生，从事光纤激光器散热系统研究，E-mail: j1922868468@163.com, https://orcid.org/0009-0003-2411-9364
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蒋宇翔
周超超
陈勇
林中湘
段云锋
邱长军

引用本文:

蒋宇翔,周超超,陈勇,林中湘,段云锋,邱长军. 2 kW激光器泵浦源相变直冷板设计与性能分析[J]. 工程设计学报, 2025, 32(3): 421-426.

Yuxiang JIANG,Chaochao ZHOU,Yong CHEN,Zhongxiang LIN,Yunfeng DUAN,Changjun QIU. Design and performance analysis of phase-change direct cooling plate for 2 kW laser pump source[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2025, 32(3): 421-426.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2025.04.185    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2025/V32/I3/421

图1  制冷剂流道示意图
图2  冷板实物
图3  优化前后流道进出口压差
图4  冷板仿真模型
图5  冷板温度分布云图
图6  冷却系统实验平台
图7  冷板测温点设置
图8  流道优化前后冷板测温点的温度变化
图9  冷板测温点温升时间
图10  冷板测温点温升曲线
图11  相变直冷系统原理样机
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