不同环境压强下激光空泡溃灭射流的实验研究

为了研究环境压强对固壁面附近激光空泡溃灭射流的影响,采用光偏转方法对固体壁面附近空泡溃灭行为进行了实验研究,得到了不同环境压强下空泡的溃灭时间、溃灭射流冲击压强。结果表明,相同激光能量下,环境压强对空泡溃灭时间、射流冲击压强都有非线性的影响关系,环境压强越大,溃灭时间越小,射流冲击压强越大;在空泡溃灭的前期,泡壁加速率较小且受环境压强的影响较小;在溃灭的后期,射流形成,空泡上表面泡壁中心点速率迅速增大,且相应阶段的加速率随着环境压强的增大而增大。这一结果对激光水下加工及空泡动力学的研究有积极的意义。     

固壁旁激光空泡生长和溃灭特性的实验研究

采用两套基于光偏转原理的光纤传感器测量了固壁旁激光空泡脉动全过程及空泡溃灭对靶材造成的破坏。通过实验获得了激光空泡在靶表面两次膨胀收缩的全过程,判定了空泡在两次脉动中对应的最大、最小泡半径和溃灭周期,并推算了空泡泡壁速度随时间的变化关系。此外,在脉冲激光作用下,水中靶材依次受到激光烧蚀压力和激光空泡在固体壁面附近溃灭时产生的射流冲击力的作用,且射流冲击力是造成靶材破坏的主要原因。     

固壁旁激光空泡生长和溃灭特性的实验研究

采用2套基于光偏转原理的光纤传感器(OBD),测量了激光空泡脉动全过程及空泡溃灭对靶材造成的破坏。通过实验获得了激光空泡在靶表面2次膨胀收缩的全过程,判定了空泡在2次脉动中对应的最大、最小泡半径和溃灭周期,并推算了空泡泡壁速度随时间的变化关系。实验发现,在脉冲激光作用下,水中靶材依次受到激光烧蚀压力和射流冲击力作用,且射流冲击力是造成靶材破坏的主要原因。     

表面张力对固壁旁空泡生长和溃灭行为的影响

采用两套光偏转测试装置对不同表面张力液体中激光空泡脉动及溃灭特性进行了实验研究,获得了液体表面张力改变对固壁近旁空泡生长和溃灭过程的影响.结果表明,表面张力延缓了空泡的膨胀过程,加速了空泡的溃灭;表面张力对空泡溃灭的影响要强于对膨胀的影响;液体张力越大,空泡脉动周期越短,且空泡对应的最大泡半径越小而收缩所能达到的最小泡半径亦越小.此外,液体张力越大,射流所产生的瞬时冲击力越大,即表面张力加强了液体射流对固壁的空蚀作用.研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持.     

固壁面附近空泡溃灭研究

采用自行研制的基于光偏转原理的力学传感器及压电陶瓷探针式水听器PZT,对激光诱导的空泡在固壁面附近溃灭进行了实验研究。结果表明,在脉冲激光作用下,空泡溃灭将依次产生射流和声脉冲,且射流产生时刻早于空泡溃灭时刻;空泡渍灭过程中泡能转换为声能的比例随脉动次数增加而增大;比较实验所得的声脉冲信号和射流信号,得到了声脉冲是空泡第二次溃灭过程中主要衰减方式的结论。     

液体温度对空泡生长和溃灭过程的影响

采用光偏转测试系统研究了不同温度纯净水中激光空泡脉动过程,通过实验获得了激光空泡在靶表面膨胀和收缩全过程,确定了空泡的最大、最小泡半径、脉动周期和泡壁运动速度。实验采用0℃到70℃的纯净水,测量了空泡的泡半径和脉动周期等特征参量变化情况。实验结果表明,液体温度是影响空泡脉动的一个非常重要的因素,随着液体温度的增加空泡的最大泡半径和溃灭周期均呈增加趋势。给出了相应的理论解释。     

激光空蚀机理的实验研究

采用自行研制的力学传感器,研究了激光等离子体空泡溃灭对固壁的空蚀破坏机理.结果表明:空泡溃灭产生的射流和高压脉冲对空蚀形成起主导作用;高压脉冲和射流对固壁的空蚀破坏效果取决于反映空泡泡心与固壁间距离的无量纲参数γ,并给出了距离界限;这两种作用机制在空蚀过程中存在着此消彼长、相互竞争.     

液体物质中的空化现象实验研究

采用自行研制的光偏转测试系统对强激光诱导液体物质的空化现象进行了实验研究。实验得到了激光等离子体冲击波传播规律和空泡的动力学特性。结果表明,激光等离子体冲击波在其传播过程中迅速衰减为声波;激光空泡的最大泡径随脉动次数增加依次减小,而收缩的最小泡径则由腔内含气量决定。     

表面张力对空泡脉动特性影响的实验研究

采用光偏转(OBD)测试系统对不同表面张力液体中激光空泡脉动特性进行了实验研究,探测了不同表面张力液体中空泡前2次脉动的全过程,分析了液体表面张力变化对空泡脉动特性的影响。结果表明:表面张力延缓了空泡的膨胀过程,加速了空泡的收缩,缩短了空泡脉动周期;表面张力越大,空泡对应的最大泡半径越小而收缩所能达到的最小泡半径亦越小;表面张力加强了空泡泡能的损失。     

含气量对粘性液体中空泡声波频谱特性的影响

通过压电陶瓷(PZT)水听器获取粘性液体中激光空泡脉动辐射的声波,结合分析液体粘性与空泡含气量对空泡最大半径以及脉动周期的影响,实验研究了含气量对粘性液体中空泡声波频谱特性的影响。分析结果表明,在入射激光能量不变的情况下,激光空泡第1次脉动过程中泡内的含气量随着液体粘度的增加而减少,空泡脉动辐射声波的峰值频率有向高频移动的趋势。     

矩形金属层合板激光圆弧扫描弯曲曲面变形分析

激光圆弧扫描弯曲可实现圆弧槽形舱壁件无模具成形,研究其曲面变形规律以及其曲面变形特征具有重要的工程应用意义。首先,详细分析了扫描次数n、圆弧扫描半径R、板材宽度W以及扫描基准线至自由端长度L对矩形金属层合板曲面变形的影响。同时,结合各参数对曲面变形作用效果及曲面变形量试验测量数据,求得各参数下曲面变形量经验函数,并对其变化规律及趋势进行分析。最后,利用激光圆弧扫描弯曲策略进行了圆弧槽形舱壁件样件试制,其中单段圆弧槽两侧壁曲率半径均值分别为84.51、86.77 mm。文中方法为矩形金属层合板激光圆弧扫描弯曲曲面变形规律分析及成形圆弧槽形样件提供了试验依据。     

基于光内同轴送粉技术的激光熔覆斜壁堆积成形研究

基于光内同轴送粉技术,提出了激光熔覆无支撑偏移堆积斜壁的方法。通过建立斜壁倾斜角度的模型,分析了偏移量、机床扫描速度与送粉速度对角度的影响,并总结出保证斜壁成功堆积的偏移率范围。     

微射流粒子场的同轴Fraunhofer全息测试

利用超短脉冲激光作为记录光源可以在瞬间将高速运动微粒“冻结”的原理,建立了同轴Fraunhofer远场全息测试系统,研究了在爆轰加载下物质的微射流现象。获取了清晰的高速运动微射流粒子场的全息图,通过激光再现给出了微射流粒子的分布、形状、尺寸速度等信息。     

激光空泡溃灭过程的数值计算

提出了激光空泡溃灭的简单计算模型。在确定初始状态时考虑并减去整个溃灭过程中的热传导和水蒸气在空泡壁面的凝结与蒸发因素,这样在计算过程中空泡内的水蒸气质量不变,同时考虑了整个溃灭过程中水的可压缩性。研究了半径1 mm激光空泡的溃灭过程。空泡壁的最大溃灭速度可达1172.8 m/s,空泡中心的最高压强可达8.8728×108 Pa,最高温度11038 K,最小半径15 μm。该模型简单实用,激光空泡初始条件的确定,为研究激光空泡与弹塑性固体壁面的相互作用打下了基础。     

微泡雾对红外遮蔽机理研究

实验研究了微泡雾的遮蔽性能,分别利用OPAG33傅立叶变换红外光谱仪研究了红外波段的遮蔽性能,利用红外成像仪分析微泡雾的实物遮蔽能力以及遮蔽率.测试结果显示,微泡雾对远红外(8 μm～14 μm)的遮蔽率能达80％以上;微泡雾对热像仪能够实现有效遮蔽.研究表明:对于微泡雾,由于其基本单元-连体微泡团直径较小且液膜薄,易于漂浮和运动,不仅含有微泡团之间在光路上的速度切变,而且还存在微泡团自身的脉动,及其速度的变化,提高了微泡雾的光学散射性能,因此,微泡雾具有高效的遮蔽性能.     

脉冲CO2激光诱导液体微射流动力学特性及应用研究

近年来，激光诱导液体微射流技术以其热损伤小、精度高、微创等优点，在无针注射、神经外科等医学领域得到了广泛应用。本团队设计了以10.6μm CO₂激光器为激光光源的微射流装置，并探究了CO₂激光诱导液体微射流特性与激光强度、激光焦点位置与硒化锌镜片距离D的关系。采用不同弹性模量的琼脂糖凝胶模型作为人体模拟组织，评估了10.6μm CO₂激光诱导液体微射流在组织选择性切割方面的可行性。结果显示，射流流速与激光强度、D成正相关，且微射流对不同弹性模量的生物组织具有高度选择性，表明其在精准去除肿瘤且保留高弹性模量组织的应用方面具有一定的潜在价值。     

基于激光技术的复杂曲面3D打印精度控制研究

复杂曲面3D打印受到振荡因素的影响,导致精度不高,为了提高复杂曲面3D打印精度,提出基于激光技术的复杂曲面3D打印精度控制方法。根据3D打印区域的曲线演化速度进行边界轮廓检测,对初始轮廓不敏感性区域进行激光检测,在复杂曲面中引入外部能量项进行3D打印的小扰动稳定性控制,构建复杂曲面3D打印精度控制目标函数,采用线性规划模型进行复杂曲面3D打印过程中的收敛性测试和全局规划设计,引入激光技术进行打印过程中的误差反馈调节,结合模糊PID控制方法,实现复杂曲面3D打印精度控制优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行复杂曲面3D打印精度控制的收敛性较好,抗扰动能力较强,提高了复杂曲面3D打印的控制精度和鲁棒性。     

会聚型喷嘴内部形状参数对射流流场的影响

会聚型喷嘴是目前激光切割应用最为广泛的亚音速喷嘴,所产生的流场结构对激光切割质量和效率影响显著.建立了会聚型喷嘴的湍流模型,根据可压缩流体轴对称N-S方程,采用结构网格和二阶精度的有限体积法,对不同内部形状参数的会聚型喷嘴自由射流进行了数值模拟.揭示锥型喷嘴收缩段收缩角,收敛型喷嘴收敛段抛物线曲率半径对射流的流场结构参数的影响规律,为激光切割喷嘴的优化选择和设计提供有效依据.     

同轴送粉喷嘴粉末汇聚特性三维数值模拟

在激光金属直接制造过程中,实际的粉末汇聚不是自由射流,而是受阻射流.为了获得受阻射流工艺参数对粉末汇聚特性的影响规律,提高激光直接制造精度,应用FLUENT软件中的离散相模型模拟了工艺参数对粉末汇聚浓度分布的影响.结果表明:在自由射流时,粉末汇聚浓度随着送粉量的增加而增大,随着载气速度的增大而明显降低,保护气速度的增大...     

基于场景的热红外高光谱数据光谱定标

传感器每个波段的中心波长和半高全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。这种漂移最终会影响发射率和温度的反演精度，尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度。选择水汽在11.73 m处的吸收通道作为参考波段，提出了适用于热红外高光谱数据的光谱定标技术流程。模拟实验表明:光谱分辨率为50 nm，中心波长偏移在-50~50 nm、FWHM变化在-25~25 nm时，大气水汽含量对光谱定标误差的影响最大。同时，对误差分布曲面进行拟合得到描述误差分布模型，用于误差的估计。当大气水汽含量足够大时，光谱中心波长偏移估算误差可达到1 nm以内。最后，将所提方法应用于机载热红外高光谱数据光谱定标。结果显示，热红外高光谱成像仪中心波长偏移为28.4 nm，FWHM变化为-18.5 nm。