脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.     

六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置

六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置,是中国科学院上海光学精密机械研究所为了研究高功率激光与等离子体的相互作用而研制的.从1974年开始,上海光机所在上海新沪玻璃厂和上海玻璃厂等有关单位的协同下,采用自行研制的材料、元件、器件和工艺技术研制而成的.这个装置的第一阶段目标是建立脉冲宽度为毫微秒、输出功率为2.5×10~(10)瓦/束的六路激光装置,1977年进行了一些尝试性的打靶实验,取得了一定的结果.其后,为了提高和完善装置的性能,改建成亚毫微秒脉     

六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置

六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置,是中国科学院上海光学精密机械研究所为了研究高功率激光与等离子体的相互作用而研制的.从1974年开始,上海光机所在上海新沪玻璃厂和上海玻璃厂等有关单位的协同下,采用自行研制的材料、元件、器件和工艺技术研制而成的.这个装置的第一阶段目标是建立脉冲宽度为毫微秒、输出功率为2.5×10~(10)瓦/束的六路激光装置,1977年进行了一些尝试性的打靶实验,取得了一定的结果.其后,为了提高和完善装置的性能,改建成亚毫微秒脉     

强激光水下爆炸推进的物理机制

对激光水下聚焦爆炸推进的作用机理开展了实验测量和数值模拟研究. 实验观察到激光水下聚焦爆炸推进分为两个物理过程: (1) 强激光与铝膜相互作用诱导等离子体演化, 产生短脉冲、高幅值的等离子体压力, 并对航行体做功; (2) 激光爆炸产物气泡脉动, 对航行体继续提供推力. 另外, 实验还对不同介质中的激光推进效率以及气泡与约束壁面/自由水面相互作用的物理机制进行了研究. 发现在高阻抗环境介质、气泡受约束脉动以及近自由水面条件下, 激光爆炸推进的效率更高. 在实验的基础上, 建立了激光水下聚焦爆炸推进的物理模型, 发展了相应的耦合数值计算方法. 计算得到的气泡脉动规律及航行体运动规律与实验测量结果一致, 验证了计算的模型和方法, 为强激光水下聚焦爆炸推进机理的研究提供了一种有效的方法.      

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到30 ns,空间分辨率达到1 mm;搭建快速PIV实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到500 ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50μs后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.     

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到 30ns,空间分辨率达到 1mm;搭建快速~PIV 实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到 500ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50$\mu$s 后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.      

烧蚀模式激光推进的数值模拟

采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法，以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（weighted essentially non-oscillatory schemes），给出了高温气体状态方程的简便描述，并考虑激光与等离子体的相互作用，模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程，并给出了不同参数条件下激光烧蚀固体靶的推进效应参数（冲量耦合系数等）。计算结果及与实验结果的对比表明，靶材料和激光参数（功率密度、波长、脉冲宽度等）是影响推进效应的主要因素，并且计算结果具有较高的精确度。     

孤子对粒子的加速作用

研究等离子体加热和粒子加速问题,是等离子体物理和等离子体天体物理中的重要课题.在强湍动条件下解决这一问题,必须研究孤子与粒子间的相互作用。本文评述了解决这一问题的几种方法和这方面取得的进展,探讨了存在的问题。孤子与等离子体粒子相互作用,其结果是使分布函数形成高度增殖的超热尾和可能形成双峰结构,在一定条件下还具有加热作用。这对于研究天体物理中某些辐射机理具有重要意义。      

强激光与等离子体的相互作用

强激光与物质的相互作用是个包含多方面理论和实验研究内容的课题。它涉及到物理学和力学的许多重要分支,如激光物理、原子分子物理、非线性光学、等离子体物理、热力学、爆炸力学、断裂力学、物理力学等;同时它还要求设计一些新的实验方案和寻找特殊的探测方法。因此,任何一个专门学科都不可能包罗它或代替它,这就使得强激光和物质的相互作用这一领域会以其自身固有的特点而发展。     

用序列脉冲激光等离子体示踪方法测量非定常流的速度——时间变化

本文在 Chen 和 G.Klingenberg 提出的激光电离原理的基础上,发展了一种用序列脉冲激光形成一组等离子体示踪测量气流速度—时间曲线的新方法。在已完成的测量中,速度范围可达120m/s～2300m/s,相对误差为2.3%.本文对等离子体示踪特性进行了详细讨论.这种方法特别适合于高超音速非定常流场,已研制成完整的测量系统 LVG-1。     

等离子体激励气动力学探索与展望

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下, 绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学, 属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域. 等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化, 对气流施加的一种可控扰动. 局域、非定常等离子体激励作用下, 气流运动状态会发生显著变化, 进而实现气动性能的提升. 国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究. 等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应, 等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径. 发展高效能等离子体激励方法, 通过等离子体激励与气流耦合, 激发和利用气流不稳定性, 揭示耦合机理、提升调控效果, 是等离子体激励气动力学未来的发展方向.      

流体物理学现状

在许多情况中,例如星体热气体中,流体和等离子体的一般描述是一致的。当与电离状态有关的电磁力显得重要时,通常才把“等离子体”严格区分开。以电离的恒星气体为例,当考虑压力、粘性、重力和旋转所引起的力时采用“流体”概念来描述介质行为,当加进电磁场的限制时,用“等离子体”概念来描述就更适宜了。      

以激光辐射连续维持的等离子体和光等离子体器

苏联科学院力学问题研究所气动过程物理学研究室,非常注意基于连续激光辐射的光等离子体发生器即光等离子体器的工作。所指的过程和装置是:由于光束(激光)输入能量使得在一个大气压左右能够长时      

二十年来的物理学——等离子体

二十年以前,等离子体的研究在物理学中只占次要地位。各式各样的等离子体现象没有揭示出来。这个领域发源于本世纪初期,当时对气体放电,即对比较稠密的、稍微电离的等离子体区(其中主要效应是电离、受激、复合和其他原子碰撞过程)进行了研究。欧文·朗缪(Irving Langmuir)发现等离子体静电振荡,并且认识到:这是集体粒子运动的一个侧面,从而开创了近代等离子体物理。等离子体中的物理现象所以丰富多彩,并且使等离子体与普通流体那样不同,原因就在于这些产生电磁场,并与之相互作用的集体运动。在早期,天体物理和地球物理的研究也曾起过重要作用。爱德华·阿普尔顿(Edward Appleton)研究电离层时(在30年代),正确地描述了电磁波在等离子体中的传播(包括静磁场效应)。西德尼·查普曼(Sydney Chapman)和文森佐·费拉罗(Vincenzo Fer-     

对“应用离散算子解等离子体平衡问题”一文的商榷

本文将指出贵刊1982年第5期刊登的“应用离散算子解等离子体平衡问题”一文的不妥之处。从下面的分析看出,原文的离散方程不能描述等离子体外部解所满足的平衡方程。不能用它解环形轴对称系统中等离子体的平衡问题。     

脉冲激光对薄靶产生的“反冲塞”效应

<正> 我们报道了实验中发现的有关长脉冲激光引起靶材破坏的新模式——“反冲塞”效应。这和迄今人们熟悉的激光引起层裂、热烧蚀、熔化、气化及等离子体吸收等现象的破坏机理不同。实验中我们采用自行研制的多功能高功率钕玻璃多棋激光器,激光参数是:波长1.06μm,脉宽300μs,平均功率由度10~5—10~0W/cm~2,光束直径4—10mm。靶材分别选用50μm、厚的Ly-12铝片和90μm厚的H65黄铜片。用CCD和能量计分别测得激光时空波形。时间波形近似指数衰减,而空间分布近似为双高斯。由于功率密度较低,在作用时间内靶面未出现明显熔化与气化。但被辐照部分的靶材      

全国第三届多相流体力学非牛顿流体力学物理化学流体力学学术会议纪要(摘录)

中国力学学会流体力学专业委员会“三流”专业组主办的全国第三届“三流”学术会议于1990年11月17日—20日在浙江大学召开.共有125名代表出席会议。周力行教授、陈海韬教授、范西俊教授分别作了“气-粒多相流中颗粒与流体的湍流相互作用”,“物理     

高功率激光对激光同轴全息测量粒子场的影响

在激光同轴全息测量粒子场的实验中,经常使用的光学传像系统能起到扩大工作距离和调整测试系统空间分辨率的作用。但是在利用高功率脉冲激光作为照相光源时,经传像系统传像后的夫朗和费全息图上所记录的粒子中心出现了由暗纹变成亮纹的反常现象。产生这种现象是由于激光经传像系统实焦点处聚焦击穿空气产生等离子体,等离子体吸收物场的参考光,导致参考光无法到达干板上与物光产生干涉。针对此问题提出了对传像系统实焦点抽真空的方案,解决了该问题,得到了理想的全息图。     

全国第三届多相流体力学非牛顿流体力学物理化学流体力学学术会议纪要(摘录)

<正> 中国力学学会流体力学专业委员会“三流”专业组主办的全国第三届“三流”学术会议于1990年11月17日—20日在浙江大学召开.共有125名代表出席会议。周力行教授、陈海韬教授、范西俊教授分别作了“气-粒多相流中颗粒与流体的湍流相互作用”,“物理     

激光与材料相互作用研究中的气体物理学

强激光辐照材料时,烧蚀蒸气吸收部分或全部激光辐射,成为部分离化等离子体.它的传播称为激光支持的吸收波(LSAW).LSAW屏蔽入射激光,同时发射易被材料表面吸收的短波长辐射.研究这些过程,可用辐射流体力学描述蒸气的运动。为了求解辐射流体力学方程,必须利用气体物理力学方法,算出蒸气的状态方程和不透明度.本文对涉及的一些气体物理力学问题,进行了概略介绍.