光子晶体光纤拉制过程的热力学和动力学仿真及实验研究
光子晶体光纤（photoniccrystalfiber，PCF）以其独特的控制和传输光的方式突破了传统光纤的局限，为光纤技术及其应用领域发展提供了新的发展契机。PCF从通信领域，逐渐渗透到计量学、光谱学、天文学、微机械、生物和传感等诸多领域，为通信、传感、航空航天和国防军工等领域关键问题的突破提供了新的机遇。PCF的制备过程有两个难点，分别是PCF预制棒制备困难和PCF预制棒拉制难，这两个难点也在一定的程度上限制了PCF性能和应用范围的发展。本文旨在研究PCF预制棒拉制难的问题，PCF预制棒拉制主要分为两个过程，分别是加热过程和熔融的流动过程，通过仿真和实验研究不同因素对于PCF拉制过程的影响。以下是本文的主要研究内容： （1）首先通过有限元软件仿真了PCF拉制过程的加热过程，第一步建立PCF预制棒的几何模型，采用了三种不同几何结构的PCF预制棒，分别是实芯、三孔悬挂以及四孔悬挂几何结构的PCF预制棒，第二步建立物理场模型，第三步研究不同空隙率、加热炉温度（heatingtemperature，HT）以及对流换热系数（coefficientofheattransfer，Cv）对于PCF预制棒加热到熔融状态时间的研究，本次PCF预制棒加热过程的仿真，首次引入了对流换热系数对于PCF预制棒加热到熔融状态时间的影响。本次仿真中PCF预制棒采用了两种材料，分别是二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate)，简称PMMA，实验设备加热炉的温度不足以熔融二氧化硅，所以实验最终采用的PMMA材料。 （2）然后通过有限元软件仿真了PCF拉制过程的熔融流动过程。第一步建立PCF预制棒的几何模型，采用的是实芯几何结构的PCF预制棒，第二步建立物理场模型，第三步展示了PCF预制棒在熔融流动过程中因为重力而产生了向下移动和熔融从外表面向中心扩散的过程，以及流动速度和温度变化的趋势。PCF预制棒的材料采用的PMMA。 （3）最后是实验，几何结构采用了不同孔径的三孔悬挂PCF预制棒，PCF预制棒的孔径分别是2mm和4mm。PCF预制棒的材料是PMMA。PCF预制棒的空气孔通过机械打孔的方式制得，空气孔表面粗糙。实验主要研究了不同空隙率对于PCF预制棒加热到熔融状态时间的影响，以及不同下棒速度、拉丝速度和加热炉温度对于光纤空气孔变形的影响。最后得出结论：空隙率大的PCF预制棒加热到熔融状态的时间更短；加热炉温度越高，光纤空气孔变形越大；下棒速度越快，光纤空气孔变形越小；拉丝速度越快，光纤空气孔变形越小。通过多组对比实验，最终得到一个合理以及空气孔变形较少的控制参数。
光子晶体光纤;对流换热;空隙率;空气孔变形
广东工业大学
硕士
机械工程
谢康;姜海明
2021
中文
TN818;TN803
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）