激光空心TIG同轴复合电弧特性数值模拟

利用GAMBIT软件建立了光纤连续激光和内径为2 mm空心Tungsten Inert Gas(TIG)电弧在稳态条件下的激光同轴复合电弧数学模型,对其进行分区域网格划分,最小网格长度为0.1 mm;用FLUENT软件中的用户自定义函数(UDF)功能添加了激光热源、动量方程源项、能量方程源项和材料物理性能设置,计算得到了150 W功率激光和118 A电流下同轴复合电弧的温度场、速度场及电弧空间压力、电场和磁场分布,并与相同条件下的空心单TIG电弧作了对比。结果表明:激光同轴复合电弧温度场变化明显,最高温度和高温区面积显著增加,电弧能量密度显著提高,熔透能力大大增强;由于激光同轴复合电弧温度升高和钨极腔内压力增大,电弧中上部等离子体流动速度明显加快;激光同轴复合电弧的电弧压力降低,电磁场强度减小,电弧静压力减小。最后用实验验证了模拟结果的可靠性。