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《南京理工大学》 2007年
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激光等离子体冲击波传输及空泡动力学特性研究

赵瑞  
【摘要】: 本文从理论和实验方面研究了高功率激光与物质相互作用过程中激光等离子体冲击波的产生、传输特性以及激光空泡动力学特性、空蚀机理,并对有关特征参数进行了实验测试和数值计算研究。 利用自行设计的基于光纤耦合的双光束测试系统研究了激光致使空气中靶材表面产生的等离子体冲击波,实现了在一个激光脉冲内对激光等离子体冲击波瞬时速度的直接测量,避免因激光器稳定性或者激光等离子体冲击波可重复性而引起的测量误差,提高了实验精度。 在对激光等离子体冲击波在不同介质中传输特性的研究方面,将“压缩波追赶与稀疏波卸载理论”引入冲击波发展及衰减过程的研究;从质量和动量守恒方程出发,解析研究了强激光等离子体冲击波的产生、发展和衰减机理。进而采用自行研制的光纤传感器跟踪探测等离子体冲击波的形成及发展过程,从实验验证了该理论模型的正确性。 采用PZT水听器探测了波长为532nm和1064nm激光与水下金属靶材作用时产生的激光等离子体声波,并对实验获得的数据进行了时频分析。结果表明:该等离子体声波强度随激光能量的增大而增大;频率范围在0-150KHz,在频率为25KHz附近有一峰值;且频率范围和峰值位置基本不随作用激光能量以及靶材料的改变而改变。 从基本的空泡动力学理论出发,推导了空泡各特征参量之间的关系,进而对空泡动力学模型进行了修正;采用有限差分法对空泡脉动进行数值模拟,得到了空泡脉动特性随液体粘性、空泡含气量、表面张力以及可压缩性的变化规律;实验上采用光偏转测试装置探测了激光空泡脉动以及空泡溃灭的细节过程,进而分析了液体粘性和作用激光能量对空泡脉动周期、泡半径及泡能等特征参数的影响。 在系统地研究固壁面附近空泡溃灭过程的基础上,提出并研究了射流阈值、空泡在第一次和第二次脉动过程衰减蚀除机理以及空泡溃灭周期延长因子等问题。 本文研究结果既可避免激光等离子体冲击波和空化带来的危害,也为合理利用激光等离子体冲击波和空化现象提供理论和实验依据,可供激光加工、激光医疗、水下激光加工和相关流体力学的研究参考。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O53

【引证文献】
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2 张磊;不锈钢焊接件激光冲击波强化抗气蚀工艺及机理研究[D];江苏大学;2013年
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 段中山;尚爱国;秦晋;;爆炸烟云扩散的实验与仿真研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
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6 王攀;王晓雷;翟宏琛;胡浩丰;李璐杰;;飞秒激光在水中激发冲击波的超快数字全息诊断[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 孙海权;;钝感炸药TATB球面散心爆轰数值模拟中的人为粘性和空间步长的匹配关系[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
8 张宝平;杨莉;张庆明;;一次乳化炸药反应釜爆炸冲击波毁伤效应的评估分析[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
9 赵铮;闫鸿浩;李晓杰;欧阳欣;;应用LS-DYNA进行爆炸压实爆轰过程的数值模拟[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
10 田杰;胡时胜;陈健;;次生冲击波超压的实验研究和数值模拟[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
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1 杨书召;受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究[D];河南理工大学;2010年
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1 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年
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3 章征伟;径向质量分布对丝阵Z箍缩等离子体内爆动力学的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
4 任健;辐射热传导方程九点格式的研究与应用[D];中国工程物理研究院;2010年
5 陶磊;尼龙6/铜复合粉末选区激光烧结制造塑料模具的研究[D];南昌航空大学;2010年
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8 林琦;高能激光与光学介质薄膜作用机理的研究[D];长春理工大学;2010年
9 丛景彬;新型多脉冲YAG激光器在打孔上的实验与研究[D];长春理工大学;2010年
10 陈娟;水下爆炸冲击载荷的SPH算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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6 付勇;张晓冬;;文丘里管空化器内空泡动力学特性的数值模拟[J];化学工程与装备;2007年02期
7 金大桥;王聪;魏英杰;董磊;邹振祝;;水下射弹自然超空泡减阻特性的数值模拟[J];工程力学;2010年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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1 肖乐;预应力换热器管板的数值模拟和研究[D];华南理工大学;2011年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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1 郭志萍;不同半径掺气泡对空泡动力学特性影响的研究[D];浙江工业大学;2012年
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1 吴亚丹;文丘里管内空泡及空泡群的演变及其溃灭特性[D];大连理工大学;2009年
2 付勇;文丘里管内空泡动力学特性研究[D];大连理工大学;2007年
3 吴宇;壳聚糖溶液水力空化的数值模拟[D];广西科技大学;2013年
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