环境温度对激光空泡影响的研究模拟
时间:2017-01-17 20:21 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 本文从理论和数值模拟两方面研究了激光空泡膨胀和溃灭的全过程，系统讨论了液体粘性、表面张力和液体温度等因素对空泡膨胀和溃灭过程的影响。 首先从空泡动力学基本理论出发，经过推导得到了Rayleigh公式。再考虑液体各特征参量之间的关系，进而对原始公式进行修正。然后采用有限差分法数值模拟不同参量液体中空泡的脉动行为，从而研究液体粘性、表面张力及温度等参量变化对空泡泡半径、泡壁运动速度、加速度以及溃灭周期等特征参量的影响。数值计算结果表明液体参量是影响空泡脉动的重要因素，它们将对空泡膨胀和溃灭过程产生显著的影响。5394 本文的研究结果助于加深对空化现象的认识，从而为提高激光加工、激光医疗等方面提供理论依据。 关键词：空泡，空泡动力学，液体粘度，表面张力，温度 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The study of temperature’s effect on laser-induced bubble Abstract In this paper，the laser-induced bubble dynamics are systemically investigated by theoretic and numerical．Meanwhile，the effect of liquid viscosity，surface tension and temperature on bubble expansion and collapse are also performed． Firstly，based on the cavitation bubble dynamic theory，the Rayleigh formula is derived．And considered the relationships between each characteristic parameter of liquid，we can amend the originad furmula．Then employing the finite difference calculus，the behavior of the cavitation bubbles in liquids of different viscosity，surface tension and temperature are obtained．Meanwhile，the effects of liquid parameters on bubble radius，the velocity and the acceleration of the bubble wall，and the collapse time of the bubble are also analyzed．The numerical results show that liquid parameters have important effects on the expansion and collapse process of single bubble． This paper studies the results help to deepen our understanding of the cavitation phenomenon，so as to raise the laser processing，laser medical provide theory basis，etc． Keywords： Cavitation bubble，bubble dynamics，viscosity，surface tension，temperature 目 次 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究意义 1 1.3 研究进展 2 1.4 本文的主要工作 3 2 空泡动力学的理论研究 4 2.1 理想球形空泡动力学模型 4 2.2 考虑液体粘性的影响 6 2.3 考虑液体粘性和表面张力的影响 7 2.4 考虑液体温度的影响 7 3 空泡动力学的数值计算 8 3.1 理想球形空泡动力学模型10 3.2 考虑液体粘性的空泡动力学模型13 3.3 考虑表面张力的空泡动力学模型17 3.4 考虑液体温度的空泡动力学模型20 结论23 致谢24 参考文献25 1 绪论 1.1 研究背景 1891年，在英国的一艘驱逐舰在做高速试航过程中，人们发现其螺旋桨推进器的叶片被剥蚀，这是人类第一次发现空化现象。而实际上在现实生活中，空化现象几乎无处不在，水轮机、水泵、水翼、航空发动机、生物学和医学等诸多领域都被发现存在空化现象。空化会产生很多破坏作用，例如改变设备的运行特性、降低设备性能、辐射噪声、产生振动、剥蚀材料等，其中，空泡溃灭时对表面材料的空蚀破坏最为严重。事实上，空蚀会导致材料表面变得粗糙不平，情况糟糕时可能会造成穿孔甚至带来灾难性的后果。“空化是最令人讨厌的水动力学现象，其危害既广泛又明显，并且严重地阻碍了科学与工程等方面的发展。”[1]这就是当时人们对它的认识。因此，为了防止空蚀的破坏，避免空化的发生，人们开始重视研究空化问题。 (责任编辑：qin) |