【摘要】：液體環(huán)境中激光與物質(zhì)相互作用機理研究是激光碎石術(shù)、水下激光加工、水下激光推進等激光應(yīng)用領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)理論問題。本文采用理論、數(shù)值模擬和實驗手段研究了水環(huán)境中激光燒蝕金屬靶材表面誘導(dǎo)產(chǎn)生空泡與金屬靶材相互作用的過程及機理,得到了空泡相對大小、空泡脈動次數(shù)以及靶材料對空泡泡能與靶材能量耦合效率的影響等結(jié)論。改進了光束透射法,實現(xiàn)了通過單次測量對金屬靶材表面激光空泡動力學(xué)行為和激光空泡作用下金屬靶材動力學(xué)行為的探測,進而實驗研究了激光空泡與金屬靶材相互作用的過程,發(fā)現(xiàn)了空泡的脈動特性促使靶材呈現(xiàn)同步的振蕩現(xiàn)象,而空泡的潰滅效應(yīng)則促使靶材在與激光相同方向上獲得穩(wěn)定的速度。采用實驗和數(shù)值模擬方法研究了空泡相對大小對金屬靶材表面激光空泡潰滅特性的影響,進而研究了空泡相對大小對激光空泡泡能與金屬靶材能量耦合效率的影響。結(jié)合Rayleigh模型,得到了靶材表面空泡前三次脈動周期的潰滅時間解析表達式。進而在空泡能量、靶材質(zhì)量和靶材體積一定的情況下,提出了空泡大小近似為靶材表面尺寸一半時靶材獲得的沖量最大的結(jié)論。采用光束偏轉(zhuǎn)法和高速攝影法實驗研究了空泡脈動次數(shù)對激光空泡泡能與金屬靶材能量耦合效率的影響,發(fā)現(xiàn)隨著激光能量密度的增大,空泡最終潰滅前所經(jīng)歷的脈動次數(shù)減少,導(dǎo)致空泡最后潰滅能量和靶材的動能均呈現(xiàn)階梯性增長。進而提出了減小空泡的脈動次數(shù)是提高空泡泡能與靶材能量耦合效率的有效方法。從理論、實驗和數(shù)值模擬方面研究了靶材料對激光空泡泡能與金屬靶材能量耦合效率的影響。結(jié)果表明,激光能量密度和靶材大小一定時,靶材料對激光的吸收系數(shù)和靶材料密度是影響靶材獲得沖量的兩個重要參數(shù),且兩者間存在相互競爭關(guān)系。前者當(dāng)激光能量密度較小時占據(jù)主導(dǎo)地位,后者則在激光能量密度較大時為主導(dǎo)因素。本文的研究結(jié)果可加深對液體環(huán)境中激光與金屬材料相互作用過程的認(rèn)識,從而為提高液體環(huán)境激光加工、激光體內(nèi)碎石、水下激光推進等領(lǐng)域的應(yīng)用效率提供理論和實驗依據(jù)。
【圖文】：

圖１３９１逡逑１．２．１．２空泡動力學(xué)基礎(chǔ)理論逡逑

圖１．１球形空泡的靜平衡逡逑通常，當(dāng)空泡生成時，，泡內(nèi)壓強大于泡外壓強，即Ｐ＜Ａ．邋＋邋／＿邋２（７／／？，因此空泡在逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

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本文編號：2655454