含气量对黏性液体中空泡脉动特性的影响

采用自行研制的高灵敏度光偏转测试系统,研究黏性液体中激光空泡脉动特性.判定了空泡两次脉动对应的最大和最小泡半径,进而计算了激光空泡在前两次脉动过程中泡内的含气量.研究表明：泡内含气量对泡脉动特性有较大影响.随着脉动次数的增加,空泡泡内含气量增大.空泡最大泡半径随含气量的增加而增大.此外,受液体黏性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓. 关键词： 含气量 黏性 激光空泡 脉动特性     

粘性液体中激光空泡辐射声波的特性研究

通过PZT水听器对不同粘度粘性液体中激光空泡脉动辐射的声波特性进行了实验,获得了粘性液体中激光泡声波并进行分析.分析结果表明:激光空泡在脉动过程中辐射的声波将受液体粘性影响,粘性系数越大,辐射声波强度越弱,峰值频率呈现增大的趋势.     

环境压强对空泡脉动特性的影响

基于空泡生长和溃灭理论分析不同环境压强对空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径、膨胀与收缩速度的影响.同时,利用高功率激光与液体物质相互作用产生空泡,采用高速照相机、高频测量水听器实验研究不同环境压强下液体中空泡运动规律,并将实验结果与计算结果进行对比.结果表明:环境压强对空泡脉动特性有较大影响.相同激光能量击穿液体介质时,随着外界环境压强的增加,空泡脉动周期呈现递减趋势;空泡第一次脉动的最大泡半径同脉动周期的变化趋势一致,且数值由快到慢递减;随着外界压强的增加,空泡溃灭的速度越快.随着压强的增大,空泡膨胀与收缩更为剧烈,持续时间更短.     

含气量对空泡脉动特性影响的理论研究

分析了含气量对粘性液体中球形单空泡脉动特性的影响。研究结果表明：随着泡内初始含气量的增加,空泡达到最大泡半径的时间延长;空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径和脉动周期均随初始含气量的增加而增加;同时,空泡膨胀和溃灭时泡壁的运动速度均随空泡初始含气量的变化而变化。无论含气量如何,在空泡收缩到最小泡半径附近,泡壁运动速度（收缩或膨胀）要明显快于其在最大泡半径附近;此外,受液体粘性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓。     

液体中激光等离子体声波特性研究

采用压电陶瓷水听器对液体中激光等离子体声波进行了实验研究.利用小波变换对不同激光能量、不同作用金属物质、不同激光波长下检测的声波信号进行了频谱特性分析.结果表明:液体中激光等离子体声波的频率分布范围为0～150 kHz,激光能量、金属物质与激光波长的改变对声波频率范围并没有太大的影响;小波分解后,低频a6级信号的能量占总能量的绝大部分,所占比例随着金属离化能的增加而减少;信号的主要频率成分为0~10 kHz,集中在a6级,峰值频率为5kHz.     

激光空泡特性实验与数值计算研究

基于激光空泡内物质以水蒸气为主的特征,选择特定的Rayleigh-Plesset方程形式,确定激光空泡的动态泡壁位置,并考虑水中气体与激光空泡之间的质量扩散、水蒸气的凝结与蒸发、水的压缩性及热传导、声辐射、黏性、表面张力等因素.建立激光空泡的产生、照相和声压测量系统.通过数值计算与实验结果相结合的办法,使泡内压力的计算值与实验值之间相对误差控制在10%以内,揭示吸收的激光脉冲能量与激光空泡的半径、泡内压力和温度之间的对应关系,以及吸收的激光脉冲能量不变时半径、压力和温度的变化规律.旨在为激光空泡的相关研究提供一定的参考. 关键词： 激光空泡 水蒸气 数值模拟 Rayleigh-Plesset方程     

固体壁面附近激光空泡的动力学特性研究

关键词：     

固壁面附近激光产生空泡脉动过程的实验研究

采用自行研制的光纤传感器研究了激光等离子体空泡在固壁面附近的脉动特性。实验获得了激光空泡三次膨胀到最大位置对应的波形图;并据此判定了激光空泡在脉动过程中对应的最大泡半径和溃灭周期;在此基础上结合空泡溃灭理论,计算了激光泡溃灭周期的延长因子κ。结果表明:随着脉动次数的增加,最大泡半径依次减小;随着作用激光能量的增大,最大泡半径,空泡溃灭周期的延长因子κ均增大;而无量纲参量的增大将导致延长因子的减小。所得到的延长因子同样可用于无限域流场。     

液体中激光等离子体声波特性研究

采用压电陶瓷水听器对液体中激光等离子体声波进行了实验研究.利用小波变换对不同激光能量、不同作用金属物质、不同激光波长下检测的声波信号进行了频谱特性分析.结果表明:液体中激光等离子体声波的频率分布范围为0~150 kHz,激光能量、金属物质与激光波长的改变对声波频率范围并没有太大的影响|小波分解后,低频a6级信号的能量占总能量的绝大部分,所占比例随着金属离化能的增加而减少|信号的主要频率成分为0~10 kHz,集中在a6级,峰值频率为5 kHz.     

光击穿液体空泡特性的高速图像测量

为了分析激光击穿液体介质过程中的等离子体闪光、空泡脉动、冲击波辐射、空泡溃灭发光等综合效应,将高速摄影技术应用于液体激光击穿研究.采用高功率激光聚焦击穿水、酒精、甘油、硅油等粘性液体,观测到了激光击穿形成的等离子体闪光、空泡脉动及溃灭、空泡溃灭发光及冲击波辐射.通过对激光空泡图像序列的分析,得到了不同液体介质中激光空泡的脉动特征、冲击波辐射等特性.研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀、能源相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持.     

含气量对液体中空泡声波频谱特性的影响

通过压电陶瓷（PZT）水听器获取了液体中激光空泡脉动辐射的声波,并计算了激光空泡在第1次脉动过程中泡内的含气量,结合空泡含气量对空泡最大半径及脉动周期影响的分析,进而分析了含气量对空泡声波频谱特性的影响。分析结果表明：激光空泡第1次脉动过程中泡内的含气量随着作用激光能量的增加而增加,含气量的多少将直接影响空泡运动的剧烈程度;含气量越多,空泡脉动越缓慢,脉动周期越长,空泡脉动辐射声波的峰值频率有向低频移动的趋势。     

含气量对液体中空泡声波频谱特性的影响

通过压电陶瓷（PZT）水听器获取了液体中激光空泡脉动辐射的声波,并计算了激光空泡在第1次脉动过程中泡内的含气量,结合空泡含气量对空泡最大半径及脉动周期影响的分析,进而分析了含气量对空泡声波频谱特性的影响。分析结果表明:激光空泡第1次脉动过程中泡内的含气量随着作用激光能量的增加而增加,含气量的多少将直接影响空泡运动的剧烈程度;含气量越多,空泡脉动越缓慢,脉动周期越长,空泡脉动辐射声波的峰值频率有向低频移动的趋势。     

Optical investigation of cavitation erosion by laser-induced bubble collapse

By means of a new force sensor based on optical beam deflection (OBD), the mechanical effects of laser-matter interaction underwater at different incident laser energy are investigated in detail. The experimental results show that a target underwater is impacted in turn by laser-plasma ablation force and high-speed liquid-jet impulse induced by bubbles collapse in the vicinity of a solid boundary. Furthermore, the amplitudes of the two forces increase monotonously with laser energy. According to the ablation force detected by the experiment and the theoretical relationship between laser intensity and ablation pressure, the value of liquid-jet impact against a solid boundary can be easily obtained. In addition, based on the model of a collapsing bubble, some characteristic parameters, such as the liquid-jet impact velocity, the maximum bubble radius, the bubble energy can also be obtained at different laser energy, which are valuable in the corresponding research fields.     

圆锥边界附近激光空泡溃灭行为的研究

为了研究刚性圆锥边界锥角对激光空泡溃灭行为的影响,文章建立了虚拟平面边界模型, 同时采用阴影摄影术、光偏转法以及数值计算的手段对边界附近空泡溃灭过程进行了研究. 结果表明边界的锥角对空泡的形状、溃灭时间以及液体射流形成均有明显影响. 空泡形状偏离球形的程度和溃灭时间均随锥角的增大而增大,且增大锥角度可以促使射流的形成. 空泡溃灭时间的实验值同理论值具有较高的一致性,验证了虚拟平面边界假设及无量纲距离修正的有效性.     

激光空泡在文丘里管中运动的动力学特性

以水为工作介质,在不同文丘里管入口压力下,利用YAG激光器产生的激光轰击水中的金属靶材产生空泡,借助高速摄像系统记录激光空泡在文丘里管中的运动过程,并采用流体动力学模拟对文丘里管中的流场特性和空泡的溃灭特性进行分析.结果表明:激光空泡在文丘里管中的运动,其形状变化可分为产生阶段、挤压阶段、溃灭初始阶段和溃灭阶段等四个阶段.空泡的溃灭取决于流场状态,当流动为层流时,空泡不发生溃灭;当流动为湍流时,空泡发生溃灭,且湍流程度越剧烈,溃灭现象越显著.搭建的激光空泡生成与运动系统能够实现空泡的定点溃灭.     

空化单气泡外围压强分布

关键词：     

Growth and collapse of laser-induced bubbles in glycerol--water mixtures

Comprehensive numerical and experimental analyses of the effect of viscosity on cavitation oscillations are performed. This numerical approach is based on the Rayleigh-Plesset equation. The model predictions are compared with experimental results obtained by using a fibre-optic diagnostic technique based on optical beam deflection （OBD）. The maximum and minimum bubble radii as well as the oscillation times for each oscillation cycle are determined according to the characteristic signals. It is observed that the increasing of viscosity decreases the maximum bubble radii but increases the minimum bubble radii and the oscillation time. These experimental results are consistent with numerical results.     

激光空泡刚性半球面内运动

采用甚高速照相技术与建立激光空泡在刚性半球壁面内的运动模型相结合的方法,确定了激光空泡在刚性半球面壁内的运动特性与无量纲距离的关系,提出了最佳无量纲距离概念。结果表明：半球反射面的半径与激光空泡最大半径之比小于1.1时,激光空泡在第1次膨胀时就会产生严重的变形并弹出半球面,并产生空化泡和空蚀,它们均会严重影响激光声的传播。该比值在1.1～3.3时,激光空泡将在第3次收缩之前接触半球面,容易对壁面造成空蚀。在该比值大于3.3的情况下,激光空泡在第3次收缩之前不会接触半球面,对激光声的传播和反射特性影响较小。如果考虑把空泡第1次溃灭时产生的激光声的声学中心控制在击穿点时,需要把该比值控制在5以上。