含沙条件下激光诱导空泡特性及空化空蚀机理研究
发布时间：2021-04-08 06:18
流体的空化现象通常对水力机械产生空蚀破坏效果,水力机械运行工况一般为泥沙环境,此环境下颗粒冲击侵蚀和空化空蚀综合作用会加快设备空蚀进程,严重缩短其寿命。针对含沙环境中空蚀作用过程复杂、损伤严重的问题,采用可控性好、球对称性强的激光空化技术可以有效的分析含沙条件下材料表面的空蚀机制。本文以实验研究为主,构建了激光诱导空化实验平台,将实验平台与高速摄影技术相结合,研究沙水环境中无限域及固壁面两种结构下激光诱导空泡的脉动特性;采用纯铝材料作为沙水环境激光诱导空化的研究对象,通过表面性能分析材料空蚀效果;在此基础上研究并获得了沙水环境中沙粒及空泡对材料表面空蚀作用机制。主要的研究内容及结果如下:（1）理论分析了空泡的产生机理,并以空泡动力学为基础,对空泡初生和脉动过程的影响因素进行探究;研究了空泡在固壁面附近脉动时产生冲击波及微射流的力学效应,同时对两种损伤机制的作用强度大小进行分析;为空泡的脉动规律及近壁面条件下空化空蚀的实验研究提供了理论依据。（2）采用高速摄影技术获取了无限域及固壁面两种结构下空泡脉动序列图,分析了两种结构下沙粒对空泡脉动的影响。重点探讨了空泡数量、最大半径及脉动周期随激...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光技术在不同领域的应用Fig.1.1Applicationoflasertechnologyindifferentfields除了上述一些传统的激光加工方法之外，激光与不同物质和材料之间的相
用于材料表面性能改性及破坏具有重要的工业意义，如图 1.2 所示为利用诱导空化的方法对材料表面性能进行提高和改善。激光作用于材料瞬间所等离子体的非线性特性，对构建激光与材料之间相互作用的机理具有重要[7]。除了激光作用于材料介质的研究外，激光对液体介质作用的研究进展要相对滞后一些。当激光作用于液体介质中，激光能量达到一定程度时，密度较高的自由电子，与此同时局部温度升高，等离子体在高温下以超音四周扩张，压缩液体介质以形成空腔，即在液体介质中形成空泡[8]。在压的作用下，空泡进行向外扩张和向内收缩的往复运动，能量耗尽时，空泡。当激光焦点作用于材料附近时，空泡周围的压力由于固壁面的存在而产力差，因此空泡在脉动过程中产生趋于材料表面的运动，最终空泡溃灭并垂直于固壁面的微射流[9]。上述为激光在液体介质无限域和固壁面两种结产生的空泡及其脉动过程[10]。与之相对水力空化产生的机理与激光诱导产泡的因素并不一致，但其空化产生原因都是局部压力的降低。
江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文产生空泡的原理相同。水力空化由于压力差也会产生大量的空泡群，当其流进入压力较高区域时，空泡发生溃灭作用于材料表面，对材料表面造成效果，进而影响机械的使用寿命[14]。最后，空化不仅会对流体内部及材料影响，而且会对流体的动态响应特性以及流体内部的稳定性产生干扰，诱量和压力的振荡以及空化喘振的现象，进而破坏设备管路内部的结构及布因此，如何控制及其减少空化对材料表面空蚀破坏效果是空化研究中最大战和问题[15]。如图 1.3 所示为水力机械中的空蚀现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳秒激光诱导空化空泡的作用特性及影响[J]. 佟艳群,黄建宇,吴笑漪,袁寿其,任旭东. 排灌机械工程学报. 2017(12)
[2]眼底激光治疗糖尿病视网膜病变的临床研究[J]. 司长峰,杨达珍,王佳,项燕,张万峰. 临床眼科杂志. 2016(05)
[3]样品的激光诱导击穿光谱及谱线的自吸收现象[J]. 张贵银,季慧,靳一东. 光谱学与光谱分析. 2014(12)
[4]激光与物质相互作用的研究进展[J]. 黄庆举. 科技创新与应用. 2014(18)
[5]颗粒对离心泵过流部件磨损的影响[J]. 赵以奎,许建强. 石油化工腐蚀与防护. 2014(03)
[6]关注激光技术的一些发展和应用[J]. 张波,刘琴,刘春雷,向平. 激光杂志. 2014(03)
[7]激光诱导单空泡溃灭噪声频谱特性研究[J]. 张婷婷,曹国翔,王彦佼,夏婷婷,蔡强,王攀达,李贝贝,刘秀梅. 激光与光电子学进展. 2014(03)
[8]基于CFD数值模拟的复合叶轮核主泵压力脉动特性研究[J]. 王秀礼,袁寿其,朱荣生,付强,王建国. 原子能科学技术. 2014(01)
[9]激光诱导空泡技术研究和应用新进展[J]. 谢小柱,苑学瑞,陈蔚芳,魏昕,胡伟,胡满凤,高勋银. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[10]固体颗粒对超声空化场的影响[J]. 刘丽艳,闻精精,杨洋,谭蔚. 化学工业与工程. 2013(01)
博士论文
[1]强脉冲激光等离子体和声致发光单气泡的某些理论问题研究[D]. 马瑾怡.上海大学 2003
硕士论文
[1]基于激光空化强化提升铸铁材料抗空蚀性能研究[D]. 何浩.江苏大学 2017
[2]2A02铝合金的激光空化强化机理与羟自由基影响实验研究[D]. 王德顺.江苏大学 2016
[3]超声空化与固体颗粒交互作用机理[D]. 栾振威.天津大学 2015
本文编号：3125021
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光技术在不同领域的应用Fig.1.1Applicationoflasertechnologyindifferentfields除了上述一些传统的激光加工方法之外，激光与不同物质和材料之间的相
用于材料表面性能改性及破坏具有重要的工业意义，如图 1.2 所示为利用诱导空化的方法对材料表面性能进行提高和改善。激光作用于材料瞬间所等离子体的非线性特性，对构建激光与材料之间相互作用的机理具有重要[7]。除了激光作用于材料介质的研究外，激光对液体介质作用的研究进展要相对滞后一些。当激光作用于液体介质中，激光能量达到一定程度时，密度较高的自由电子，与此同时局部温度升高，等离子体在高温下以超音四周扩张，压缩液体介质以形成空腔，即在液体介质中形成空泡[8]。在压的作用下，空泡进行向外扩张和向内收缩的往复运动，能量耗尽时，空泡。当激光焦点作用于材料附近时，空泡周围的压力由于固壁面的存在而产力差，因此空泡在脉动过程中产生趋于材料表面的运动，最终空泡溃灭并垂直于固壁面的微射流[9]。上述为激光在液体介质无限域和固壁面两种结产生的空泡及其脉动过程[10]。与之相对水力空化产生的机理与激光诱导产泡的因素并不一致，但其空化产生原因都是局部压力的降低。
江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文产生空泡的原理相同。水力空化由于压力差也会产生大量的空泡群，当其流进入压力较高区域时，空泡发生溃灭作用于材料表面，对材料表面造成效果，进而影响机械的使用寿命[14]。最后，空化不仅会对流体内部及材料影响，而且会对流体的动态响应特性以及流体内部的稳定性产生干扰，诱量和压力的振荡以及空化喘振的现象，进而破坏设备管路内部的结构及布因此，如何控制及其减少空化对材料表面空蚀破坏效果是空化研究中最大战和问题[15]。如图 1.3 所示为水力机械中的空蚀现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳秒激光诱导空化空泡的作用特性及影响[J]. 佟艳群,黄建宇,吴笑漪,袁寿其,任旭东. 排灌机械工程学报. 2017(12)
[2]眼底激光治疗糖尿病视网膜病变的临床研究[J]. 司长峰,杨达珍,王佳,项燕,张万峰. 临床眼科杂志. 2016(05)
[3]样品的激光诱导击穿光谱及谱线的自吸收现象[J]. 张贵银,季慧,靳一东. 光谱学与光谱分析. 2014(12)
[4]激光与物质相互作用的研究进展[J]. 黄庆举. 科技创新与应用. 2014(18)
[5]颗粒对离心泵过流部件磨损的影响[J]. 赵以奎,许建强. 石油化工腐蚀与防护. 2014(03)
[6]关注激光技术的一些发展和应用[J]. 张波,刘琴,刘春雷,向平. 激光杂志. 2014(03)
[7]激光诱导单空泡溃灭噪声频谱特性研究[J]. 张婷婷,曹国翔,王彦佼,夏婷婷,蔡强,王攀达,李贝贝,刘秀梅. 激光与光电子学进展. 2014(03)
[8]基于CFD数值模拟的复合叶轮核主泵压力脉动特性研究[J]. 王秀礼,袁寿其,朱荣生,付强,王建国. 原子能科学技术. 2014(01)
[9]激光诱导空泡技术研究和应用新进展[J]. 谢小柱,苑学瑞,陈蔚芳,魏昕,胡伟,胡满凤,高勋银. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[10]固体颗粒对超声空化场的影响[J]. 刘丽艳,闻精精,杨洋,谭蔚. 化学工业与工程. 2013(01)
博士论文
[1]强脉冲激光等离子体和声致发光单气泡的某些理论问题研究[D]. 马瑾怡.上海大学 2003
硕士论文
[1]基于激光空化强化提升铸铁材料抗空蚀性能研究[D]. 何浩.江苏大学 2017
[2]2A02铝合金的激光空化强化机理与羟自由基影响实验研究[D]. 王德顺.江苏大学 2016
[3]超声空化与固体颗粒交互作用机理[D]. 栾振威.天津大学 2015
本文编号：3125021
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