激光辐照下复合材料树脂基热分解3维温度场模型

 采用控制体积法,从质量和能量守恒角度,推导了激光辐照下复合材料树脂基热分解时温度变化的基本方程。用多步模型描述树脂的热分解反应。提出了热分解气体的1维运动假设,这使得可以在3维情况下考虑热分解气体对流传输的影响,且在不引入力学量的前提下实现3维温度场模型的封闭。考虑到树脂基复合材料的各向异性,对部分分解材料的导热率计算公式进行了推导,并重新推导了部分分解材料对激光的吸收系数计算公式。在一定的简化下,推导的能量守恒方程与文献结果一致。     

切向气流对激光辐照树脂基复合材料的影响

 为了考察切向强迫气流对激光辐照下树脂基复合材料热响应的影响,基于边界层换热理论,研究了切向气流与靶面的对流换热系数和热分解气体对表面热交换的覆盖效应,并用有限差分法对激光辐照下树脂基复合材料的1维热响应模型进行数值求解。数值计算表明：高速切向气流的存在会加速靶材表面与外部环境的热交换,从而明显降低激光对靶材的加热效率;边界层换热理论给出的对流换热系数和覆盖因子是合理有效的,适用于数值模拟切向气流对激光辐照下树脂基复合材料热响应的影响;向靶材表面溢出的热分解气体对靶材表面与外部环境的热交换有一定的抑制作用,但影响较小,基本可以忽略不计。     

Optical emission spectrometric diagnosis of laser-induced plasma and shock front produced at moderate pressure

We present a non-contact optical investigation of laser-induced plasma at moderate Ar pressure ranging from 1 to 100 Pa.The significant shock front and spatial fractionation among the different charged ions are demonstrated at the pressure of 20 Pa. The collisions between Si IV ions and ambient Ar atoms generate distinct and excited Ar Ⅱ ions, fresh Si Ⅲ ions, and electrons at the dense layer. The electron density peaks at the position of the shock front, indicating that the collision that yield...     

切向气流作用下玻璃纤维复合材料的激光辐照效应

实验研究了样品表面有切向空气气流、切向氮气气流和无气流时,976 nm连续激光对玻璃纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应。结果表明:无气流时,喷出的热分解产物会对入射激光产生屏蔽作用;有气流时,激光对玻璃纤维的破坏方式是其升温熔化后再被切向气流带走;当激光功率密度较低时,切向空气气流以加强样品表面的对流冷却作用为主,不利于激光对玻璃纤维复合材料的破坏;当激光功率密度较高时,切向空气气流以降低屏蔽作用和提供氧气助燃为主,有利于激光对玻璃纤维复合材料的破坏。三种气流状态下,质量损失随功率密度呈现单调增加趋势,当入射激光功率密度在100~600 W/cm2范围内,随着功率密度的增大,激光能量的利用效率逐渐增大并趋于稳定。     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热分解动力学参数的确定

采用热重分析仪对空气和氮气气氛中的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料进行热分析,得到该材料在空气气氛中的烧蚀热为3125～3440J/g,而在氮气气氛中并未出现明显的氧化放热峰。基于阿伦纽斯形式的多步分解模型和直接解法,计算了该材料在空气气氛中的热分解动力学参数。分析表明:阿伦纽斯形式的多步分解模型能够较好地描述该材料的热分解过程;直接解法适用于计算复合材料的热分解动力学参数;确立的热分解动力学参数是正确有效的。     

自然对流情形下激光辐照液体贮箱的机理

利用激光辐照靶目标时,被辐照部位可能是液体贮箱。通过实验测量与数值模拟的紧密结合,揭示了液体处于自然对流状态时激光辐照下贮箱侧壁温升及液体速度场的演化规律。结果表明:激光辐照初期,铝板中心温升率较高;随着壁面附近液体温度的升高,光斑附近速度边界层内的最大流速增大,传热强度亦增大,导致铝板温升率降低;当铝板吸收的激光能量能够基本被水的对流带走时,铝板中心的温升率趋于零。