高功率激光與水下物質相互作用過程與機理研究.pdf

1、該文從理論和實驗上全面研究了高功率激光與液體中物質相互作用過程中激光等離子體沖擊波的傳播特性、激光空泡動力學以及空化空蝕的作用機制,并對有關特征參數(shù)進行了實驗測試和數(shù)值計算研究.根據(jù)點爆炸球對稱沖擊波在自由空間中傳播的約束條件,首次提出了空氣中激光等離子體球對稱沖擊波在衰減階段的傳播規(guī)律,建立了強沖擊波運動規(guī)律與波源熱力學參量、介質聲學特性參量之間的關系.該點爆炸沖擊波傳播方程克服了經(jīng)典Taylor模型在描述沖擊波離爆心不遠處或運動晚期

2、與實際過程明顯不符的缺陷.從理論和實驗兩個方面驗證了Taylor解是該沖擊波運動方程在中場階段的近似形式.得到了沖擊波波陣面處溫度、壓強、氣體密度和粒子運動速度等參數(shù)的時空變化規(guī)律.基于液體中激光等離子體沖擊波非完全中心對稱結構,首次提出了液體中激光等離子體沖擊波等效旋轉橢球面波前傳播模型,揭示了旋轉橢球面沖擊波向球面波衰減演化過程中沖擊波波后物理特性參量的變化規(guī)律.論證了點源球面沖擊波是旋轉橢球面沖擊波的特例.采用自行研制的基于光纖耦

3、合的光束偏轉測試系統(tǒng),實驗研究了高功率激光燒蝕水下靶材時所產生的激光等離子體沖擊波、激光空泡及其空泡潰滅誘導的沖擊波等物理現(xiàn)象.系統(tǒng)分析了激光等離子體沖擊波的時空變化規(guī)律、等離子體沖擊波與空泡膨脹壁的分離過程、空泡的脈動特性以及空泡潰滅誘導的沖擊波形成機制.進而根據(jù)空泡動力學方程,結合實驗測試結果得到了空泡在實際脈動中腔內含氣量的變化規(guī)律;以及空泡能量和腔內含氣量對空泡脈動影響的競爭關系.實驗系統(tǒng)研究了空蝕機制對激光打孔效率的影響,并根