液體參量對(duì)激光空泡產(chǎn)生和潰滅的影響研究.pdf

1、本文從理論、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)方面研究了激光空泡膨脹和收縮全過(guò)程及空泡潰滅誘導(dǎo)的射流對(duì)靶材的損傷機(jī)制，系統(tǒng)討論了液體粘性、表面張力、溫度、含氣量以及材料彈性模量變化對(duì)空泡膨脹、收縮及潰滅過(guò)程的影響。 首先從空泡動(dòng)力學(xué)基本理論出發(fā)，得到了空泡各特征參量之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)空泡動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了修正；采用有限差分法數(shù)值模擬不同參量液體中空泡的脈動(dòng)行為，研究了液體粘性、表面張力、溫度、含氣量以及可壓縮性等參量變化對(duì)空泡泡半徑、泡壁運(yùn)動(dòng)速度、加

2、速度以及潰滅周期等特征參量的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明液體參量是影響空泡脈動(dòng)的重要因素，它們將對(duì)空泡膨脹和收縮過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響。 其次，采用基于光纖耦合的光束偏轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，探測(cè)了高功率激光燒蝕水下靶材所產(chǎn)生的激光等離子體沖擊波、空泡等物理現(xiàn)象及空泡潰滅后期產(chǎn)生的射流對(duì)固壁面的沖擊作用。深入分析了液體粘度、表面張力、溫度等參量與空泡泡半徑、泡壁運(yùn)動(dòng)速度、潰滅周期和靶材所受射流沖擊力之間的定量關(guān)系，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)

3、證，給出了相應(yīng)的理論解釋。此外，考慮到固壁面對(duì)空泡潰滅周期的延長(zhǎng)作用，對(duì)Rayleigh公式進(jìn)行了修正，并根據(jù)修正后的Rayleigh公式建立了液體參量與射流速度、射流沖擊壓強(qiáng)大小之間的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明液體粘性將減緩空泡膨脹和收縮過(guò)程，減小靶材所受射流沖擊力，因而對(duì)空化起抑制作用；而表面張力延緩空泡膨脹加速空泡潰滅，增大靶材所受射流沖擊力，促進(jìn)了空化的作用效果。此外，還研究了液體溫度變化對(duì)空泡動(dòng)力學(xué)行為的影響。 通過(guò)針