王文进，王又青，赵 恒，胡 逸，赵 江

(华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074)

引 言

由于激光加工技术相对于传统加工工艺具有无法比拟的优势，所以在工业加工中得到了广泛的应用。为了满足工业加工要求的进一步提升，激光器就要向更高功率、长时间稳定运行的方向发展［1-2］。高功率工业激光器结构复杂、价格昂贵，这在一定程度上限制了它的推广和应用。目前CO2激光器在技术和价格上都占有优势，是工业高功率激光光源的最佳选择。本课题旨在为轴快流CO2激光器气体循环系统热交换部件的设计提供一种高效的方法。

目前，轴快流CO2激光器的转化效率可以达到25%左右，也就是说有75%的电能转化为气体的热能，工作气体通过放电区后温度会升高150K左右。气体温度的升高会导致激光器放电不稳定和输出功率的下降。所以，需要热交换系统把放电产生的废热带走，以保证工作气体在进入放电区域时保持常温状态［3-4］。

作者针对传统轴快流CO2激光器热交换设计采用的经验公式法计算繁琐、灵活性低、需要较多的工程经验等缺点［5］，提出使用流体动力学方法设计轴快流CO2激光器的换热器的方案，并设计了管布结构的4kW轴快流CO2激光器换热器，其能满足激光器连续稳定运行的要求。

1 激光器换热器的设计要求

Fig.1 Gas circulation diagram of the laser system

4kW轴快流CO2激光器的流道结构如图1所示。工作气体是由摩尔比为r(CO2)∶r(N2)∶r(He)=5∶29∶66的混合气体，工作压强为10.4kPa。工作气体由风机经副换热器进入放电管，经过放电的高温气体再由主换热器进入风机。……