2A02鋁合金近壁面激光空泡潰滅特性及作用機理研究.pdf

1、空蝕和空化是發(fā)生在水利機械的一種無法避免的現(xiàn)象，危害極大。近年來，科學家開始探索利用空泡潰滅的極限條件進行空化強化方面的研究，轉(zhuǎn)換思路，將破壞力轉(zhuǎn)換為加工工具。由于激光空泡因為具有良好的對稱性、可操控性，逐漸成為研究空泡射流和沖擊波的重要手段，本文以激光空化泡為研究對象，研究激光空化強化機理.利用仿真計算與實驗相結(jié)合的方法，重點研究了激光空化對于2A02鋁合金靶材的作用效果，分析不同條件下，包含液體、泡壁距離以及激光能量等不同參數(shù)，對比

2、激光空化對于靶材作用效果的差異，研究空泡潰滅射流和沖擊波壓力的作用機制，驗證激光空化強化的可行性，并得到合理的激光空化強化工藝參數(shù)，使激光空化強化技術真正有實用價值。具體的研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　?。?）在FLUENT中建立近壁面激光空泡的模型，采用VOF多相流模型結(jié)合空化模型，利用Navier-Stokes方程和激光熱效應方程將激光能量合理轉(zhuǎn)化為FLUENT參數(shù)，數(shù)值模擬了不同液體及不同無量綱常數(shù)下中空泡的潰滅特征，結(jié)果表明：無

3、量綱常數(shù)在過大和過小時，空泡潰滅時表面均不易形成凹坑，只有當無量綱常數(shù)為1.2時，空泡表面發(fā)生明顯的凹陷。同時液體的粘度有利于維持空泡壁的穩(wěn)定，而液體的表面張力和飽和蒸氣壓對于整個空泡潰滅特征沒有明顯的影響。
　?。?）通過數(shù)值模擬不同液體及不同無量綱常數(shù)下空泡潰滅的射流速度，分析出造成空泡射流速度差異的原因；利用水錘公式計算由空泡射流產(chǎn)生的射流沖擊壓力，并將所得到的射流沖擊壓力與2A02鋁合金的屈服強度進行對比，發(fā)現(xiàn)射流沖擊壓力

4、不足以對材料表面產(chǎn)生破壞，驗證了射流壓力對于靶材表面強化改性的可行性。
　?。?）選擇2A02鋁合金作為實驗靶材，利用激光在水、乙醇、硅油三種不同液體中的靶材附近產(chǎn)生空泡，借助高速攝像機拍攝激光空泡在靶材壁面的整個脈動過程，并將仿真得到的空泡脈動過程與拍攝結(jié)果對比，驗證仿真模擬的正確性；對比不同液體及泡壁距離H下靶材的表面形貌，分析了空泡潰滅時的射流和沖擊波對于靶材表面的作用機制及改善效果；同時在實驗中改變激光的能量和空泡與靶材壁