为了提高轴快流CO2激光器换热器设计的灵活性、缩短研发周期、降低成本,采用计算流体动力学方法对换热器内部流场和热交换过程进行了分析。根据分析结果设计出流阻为154.5Pa、换热量为8888.5W的换热器。由4kW轴快流CO2激光器的运行试验证明,采用计算流体动力学法设计的换热器满足激光器的运行需求。结果表明,计算流体动力学法是一种精确、高效的轴快流CO2激光器换热器的设计方法。

为了提高激励源的热稳定性，保证4kW轴快流CO₂激光器的光束质量，采用计算流体动力学的方法，理论分析了激光器激励源热沉的散热机理，对热流密度为10⁶W/m²、面积为16cm²的激励源热沉结构进行了优化设计。结果表明，经过优化之后的热沉其表面的最高温度低于340K，完全能够满足激光器正常工作时激励源核心功率MOSFET对散热指标的要求；同时经过数值模拟得到了带凹槽微通道热沉的优化结构尺寸，分别是微通道凹槽间距P=0.6mm，微通道凹槽倾角θ=45°，微通道凹槽交错距离s=0.1mm，同时当雷诺数Re=546.9时，热沉有最优的散热效果，激光输出功率的稳定度可以控制在±2%以内。此研究为设计具有高效散热能力的微通道热沉提供了理论指导。