水导激光多层级对称耦合装置设计及其射流稳定性分析

来源：激光技术杂志2025年第3期北京时间：

作者：周嘉禾, 吴胜奇, 钟胜波, 李芝春, 黄诺帝, 朱利民

摘要：光水耦合是水导激光加工中的关键环节，对加工效率和加工质量都有着至关重要的影响。为了进一步节省耦合装置的加工成本，实现低入口压力下腔内水压的均匀分布和射流的稳定，提高耦合装置性能和水导激光加工质量，设计了一种具有多层级对称流道的光水耦合装置结构。对耦合装置的流场分布进行了数值模拟仿真，分析了耦合腔内部的速度矢量、流线分布以及喷嘴口出射液流的形态。结果表明，光水耦合装置内各截面流场速度矢量分布均匀，无局部波动存在，射流在喷嘴出口处的速率可达40 m/s，出射后的稳定长度可达120 mm；在入流压力1.0 MPa、喷嘴孔直径250 μm的条件下，喷嘴孔处出射液流平衡稳定无波动，实际稳定长度约为85 mm。该光水耦合装置结构合理可靠，能够满足水导激光加工系统的设计和使用要求。

关键词：激光技术, 水导激光, 耦合装置, 结构设计, 计算流体力学仿真