激光空泡特性实验和数值计算研究.PDF

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 7B 5% %$$ 5% ， ， ， R@+ 47B Q@ 4 5% S,?,;T,U %$$ （ ） 5$$$0#%$J%$$J7B 5% JB#8%0$8 CKLC 1MNOPKC OPQPKC !%$$ K/-V 4 1/*2 4 O@? 4 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 激光空泡特性实验与数值计算研究 ! 王雨虹 王江安 任席闯 （海军工程大学电子工程学院，武汉 #$$## ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） %$$ #$ %$$ ’ % 基于激光空泡内物质以水蒸气为主的特征，选择特定的()*+,-./01+,22,3 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 4 4 计算值与实验值之间相对误差控制在5$ 6 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4 旨在为激光空泡的相关研究提供一 定的参考4 关键词：激光空泡，水蒸气，数值模拟， 方程 ()*+,-./01+,22,3 ： ， ， !## #%7 ’#$ 8779 ［，］ 7 ’ 等 研究的激光空泡的起始时刻为第一次激光空 5A 引 言 泡达到最大半径时开始，而本文研究的激光空泡从 激光脉冲结束时刻开始，并参考 CD/)3@E 的方法进 行数值研究 利用实验结果确定起始条件，通过高速 激光脉冲聚焦于水中产生激光击穿区，形成激 4 光空泡，激光空泡膨胀时产生冲击波，随着激光空泡 摄像照片和数值计算方法确定空泡半径的变化规律 和空泡内压力 所采用的计算方程考虑到水蒸气在 的膨胀，空泡内的温度和压力均下降，当半径达到最 4 大时空泡内的压力会远低于外界气压，于是开始收 泡壁处的蒸发和凝结、溶于蒸馏水中的非凝结气体 缩，当收缩到最小半径时又会膨胀，如此反复，直至 与激光空泡之间的质量扩散、泡内气体与泡外液体 ［— ］ 5