近日，中國科學院合肥物質院安光所激光中心梁勖團隊針對氣體激光系統中電暈放電流體控制及其應用開展研究，提出一種適用于多針電暈放電場景的電場-流場耦合分析模型，揭示了多針電流體泵的流速分布特性及其受控規律，設計的電流體泵可用于超緊湊小型化氣體激光系統的非機械式介質循環驅動，突破了特殊場景下超緊湊氣體激光系統應用難點。相關研究成果發表于流體力學領域國際頂級刊物Physics of Fluids，并被期刊遴選為Editor's Pick（編輯精選）。

傳統的氣體激光器采用機械式循環裝置形成高速介質循環，存在體積大、振動強烈、噪聲嚴重等特點，在一些特殊應用場景以及超緊湊氣體激光系統應用中并不適用；電流體動力學（Electrohydrodynamics, EHD）泵通過電暈放電產生“離子風”，具有輕量化、無振動、無噪聲等優勢，可在小型化氣體激光系統中取代傳統機械式循環裝置，拓展氣體激光應用。

研究人員針對多針電暈放電EHD泵的流動分布特性及其流速控制問題開展研究。首先通過建立相應的物理模型，構建多物理場耦合機制，推導出適用于多針電暈放電系統的非線性穩態電流體簡化方程；其次針對流速剖面的非線性微分方程邊值問題設計高精度、快速的數值計算算法，定量計算穩態流速隨電壓與電極間距參數變化的受控特性。

研究結果表明，在多針EHD泵的穩態流速控制中，電壓參數相比電極間距更占主導地位，系統的最大流速和平均流速隨電壓控制均呈超線性演化規律。在電極間距為1厘米的多針EHD泵設計方案中，提供5000伏的工作電壓即可獲得0.82米/秒的最大氣體流速，可達到小型氣體激光系統中介質循環要求，滿足主電極正常輝光放電，拓展特殊場景下超緊湊氣體激光系統應用。

碩士研究生韓金亮為論文的第一作者，梁勖研究員為論文的通訊作者。本研究獲得了中國科學院青年創新促進會、中國科學院科研儀器設備研制項目、中國科學院合肥物質院安光所青年團隊項目等資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0217043

_{圖 多針}EHD泵流速剖面邊值問題的計算框架

圖 多針EHD系統的流場分布：(a)當陽極電壓為4000伏時；(b)當陽極電壓為4500伏時；(c)當陽極電壓為5000伏時