เมื่อไม่นานนี้ ทีมงานของ Castor Liang จาก Laser Center ของ Hefei Institute of Materials สถาบันวิทยาศาสตร์จีน ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการควบคุมของเหลวแบบปล่อยประจุโคโรนาและการประยุกต์ใช้ในระบบเลเซอร์ก๊าซ เสนอแบบจำลองการวิเคราะห์การเชื่อมโยงสนามไฟฟ้า-การไหลของสนามที่ใช้ได้กับสถานการณ์การปล่อยประจุโคโรนาแบบหลายเข็ม เปิดเผยลักษณะเฉพาะของการกระจายอัตราการไหลของปั๊มอิเล็กโทรฟลูอิดิกแบบหลายเข็มและกฎที่ควบคุม และออกแบบปั๊มอิเล็กโทรฟลูอิดิกที่สามารถใช้สำหรับการทำให้ตัวกลางที่ไม่ใช่เชิงกลของระบบเลเซอร์ก๊าซมีขนาดเล็กลงอย่างกะทัดรัด การออกแบบปั๊มอิเล็กโทรฟลูอิดิกสามารถใช้สำหรับการขับเคลื่อนการไหลเวียนของตัวกลางที่ไม่ใช่เชิงกลของระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดเล็กพิเศษและกะทัดรัด ซึ่งช่วยขจัดความยากลำบากในการใช้งานระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดเล็กพิเศษภายใต้สถานการณ์พิเศษ ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Physics of Fluids ซึ่งเป็นวารสารนานาชาติชั้นนำด้านกลศาสตร์ของไหล และได้รับเลือกให้เป็น Editor's Pick โดยวารสาร
เลเซอร์ก๊าซแบบดั้งเดิมใช้กลไกหมุนเวียนเพื่อสร้างการหมุนเวียนของสื่อความเร็วสูง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีปริมาณมาก การสั่นสะเทือนที่รุนแรง และเสียงรบกวนที่รุนแรง และไม่เหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานพิเศษบางอย่าง เช่นเดียวกับการใช้งานระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดกะทัดรัดพิเศษ ปั๊มอิเล็กโทรไฮโดรไดนามิกส์ (EHD) สร้าง "ลมไอออน" ผ่านการคายประจุโคโรนา ซึ่งมีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา ประสิทธิภาพสูง และต้นทุนต่ำ ปั๊มอิเล็กโทรไฮโดรไดนามิกส์ (EHD) สร้าง "ลมไอออน" ผ่านการคายประจุโคโรนา ซึ่งมีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา ไม่มีการสั่นสะเทือน ไม่มีเสียงรบกวน ฯลฯ และสามารถแทนที่อุปกรณ์หมุนเวียนเชิงกลแบบดั้งเดิมในระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดเล็กเพื่อขยายการใช้งานของเลเซอร์ก๊าซ
รูปที่ กรอบการคำนวณสำหรับปัญหาค่าขอบของโปรไฟล์การไหลของปั๊ม EHD หลายเข็ม
นักวิจัยได้ศึกษาลักษณะการกระจายการไหลของปั๊ม EHD แบบปล่อยโคโรนาหลายเข็มและปัญหาการควบคุมอัตราการไหล ประการแรก สมการอิเล็กโทรไฮโดรไดนามิกแบบสถานะคงที่ไม่เชิงเส้นที่ประยุกต์ใช้กับระบบปล่อยโคโรนาหลายเข็มได้มาจากการสร้างแบบจำลองทางกายภาพที่สอดคล้องกันและกลไกการเชื่อมโยงสนามหลายกายภาพ ประการที่สอง อัลกอริธึมการคำนวณเชิงตัวเลขที่มีความแม่นยำสูงและรวดเร็วได้รับการออกแบบสำหรับปัญหาค่าขอบของสมการเชิงอนุพันธ์ไม่เชิงเส้นของโปรไฟล์ความเร็วการไหล ซึ่งคำนวณลักษณะที่ควบคุมได้ของความเร็วการไหลในสถานะคงที่เป็นฟังก์ชันของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าและพารามิเตอร์ระยะห่างของอิเล็กโทรดในเชิงปริมาณ
ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้ามีอิทธิพลเหนือกว่าระยะห่างของอิเล็กโทรดในการควบคุมอัตราการไหลสถานะคงที่ของปั๊ม EHD หลายเข็ม และทั้งอัตราการไหลสูงสุดและอัตราการไหลเฉลี่ยของระบบแสดงกฎวิวัฒนาการแบบซูเปอร์ลิเนียร์ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ในการออกแบบปั๊ม EHD หลายเข็มที่มีระยะห่างของอิเล็กโทรด 1 ซม. อัตราการไหลของก๊าซสูงสุดที่ 0.82 m/s สามารถทำได้โดยให้แรงดันไฟฟ้าทำงาน 5,000 V ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของการหมุนเวียนของตัวกลางในระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดเล็ก ตอบสนองการปล่อยแสงแบบเรืองแสงปกติที่อิเล็กโทรดหลัก และขยายการใช้งานของระบบเลเซอร์ก๊าซขนาดกะทัดรัดพิเศษในสถานการณ์พิเศษ
รูปที่ การกระจายของสนามไหลของระบบ EHD แบบหลายเข็ม: (ก) เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วบวกคือ 4,000 โวลต์; (ข) เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วบวกคือ 4,500 โวลต์; (ค) เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วบวกคือ 5,000 โวลต์
จินเหลียง ฮาน นักศึกษาปริญญาโท เป็นผู้เขียนคนแรกของบทความ และแคสเตอร์ เหลียง นักวิจัย เป็นผู้เขียนบทความที่เกี่ยวข้อง งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากสมาคมส่งเสริมนวัตกรรมเยาวชนของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน โครงการพัฒนาเครื่องมือวิจัยและอุปกรณ์ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน และโครงการทีมเยาวชนของสถาบัน Anguang สถาบันวัสดุเหอเฟย สถาบันวิทยาศาสตร์จีน
