環(huán)境參數(shù)對激光空泡動力學行為的影響及測試方法研究.pdf

1、本文采用理論、實驗和數(shù)值計算的手段研究了環(huán)境壓強、圓錐邊界對激光空泡的潰滅時間、最大泡半經(jīng)、射流形成等動力學行為的影響。
　　 針對空泡在固體邊界附近的潰滅過程，采用有限體積(FVM)離散方法及VOF界面追蹤方法建立了相應的數(shù)值計算模型，同時采用實驗驗證和網(wǎng)格無關性驗證的手段驗證了該模型及計算結果的有效性;提出以空泡縱剖面的上表面泡壁中心的右鄰域范圍內(nèi)的泡壁的函數(shù)的一階導數(shù)作為射流形成的判據(jù)。
　　 應用幾何光學的原理研

2、究了激光空泡對探測光束的偏折程度的影響及光偏轉法測試空泡泡半徑的測試原理;針對原空泡最大泡半徑實驗判據(jù)的局限性，應用非等精度測量的原理研究并提出了光偏轉法探測空泡最大泡半徑的實驗判據(jù)，使得在獲得最大泡半徑的加權平均值及其標準差的同時大大提高探測效率。
　　 通過理論、實驗和數(shù)值手段研究了環(huán)境壓強對空泡動力學的影響，得到了不同環(huán)境壓強下空泡的潰滅過程并從中提取了空泡的潰滅時間、最大泡半徑、射流的形成、射流沖擊力等參數(shù)值。研究結果表

3、明隨著環(huán)境壓強的增大，空泡的最大泡半徑、潰滅時間非線性減小，空泡的上表面泡壁中心點的收縮速度、潰滅時刻的射流速度、射流沖擊力非線性增大。但是空泡潰滅過程中射流形成的相對時刻及其形成時刻的泡心遷移比不隨環(huán)境壓強的變化而變化。
　　 針對圓錐邊界附近的空泡的動力學行為，建立了圓錐邊界對空泡動力學行為影響的虛平面邊界模型，結合Rayleigh-Plesset方程及數(shù)據(jù)擬合的手段得到了圓錐邊界附近空泡的潰滅時間的表達式。采用數(shù)值計算、光

4、偏轉法和陰影攝影法的實驗手段研究了不同錐角度的圓錐邊界附近的空泡的潰滅行為。研究結論表明圓錐邊界的錐角度越大，空泡受邊界的影響程度越大，其潰滅時間、空泡輪廓偏離球形的程度、潰滅時刻的泡心遷移比和體積也越大，且較大錐角度的圓錐邊界可以促使空泡形成有效的液體射流。同一錐角度的錐邊界對空泡動力學的影響效果隨著空泡的無量綱距離的增大而減小，但與空泡的最大泡半徑無關。
　　 本文的研究成果有助于加深對空化和空蝕現(xiàn)象的認識，從而將空泡潰滅過