长脉冲激光诱导空化：平流与相变之间的竞争
流体动力学
2023-08-24 v1
摘要
长脉冲激光产生的蒸汽泡常具有复杂的非球形形状，反映了激光束的某些特征（如方向、宽度）。使用一种结合可压缩多相流体动力学与激光辐射及相变的新计算模型，研究了两种常见形状——圆润梨形与细长锥形——之间的转变。模拟了两个实验室实验，分别使用钬:YAG激光和铥光纤激光单独产生不同形状的气泡。两种情况下，模拟预测的气泡形态与实验测量吻合较好。分析了模拟的激光辐照度、温度、速度和压力场以解释气泡动力学与能量传输。研究发现，由于持续的能量输入（即长脉冲激光），蒸汽泡的动力学不仅由平流驱动，还由蒸发的持续进行驱动。值得注意的是，梨形气泡的蒸发持续不到1微秒，而细长气泡则超过50微秒。假设气泡形状是竞争的结果：当平流速度高于蒸发速度时，气泡倾向于球形生长；否则沿激光束方向伸长。为阐明并验证该假设，使用简化模型解析定义了两个速度，并基于模拟结果对实验进行了估算。结果支持该假设，并表明更高的激光吸收系数和更窄的光束有助于气泡伸长。
引用
@article{arxiv.2308.11866,
title = {Long-Pulse Laser-Induced Cavitation: A Race Between Advection and Phase Transition},
author = {Xuning Zhao and Wentao Ma and Junqin Chen and Gaoming Xiang and Pei Zhong and Kevin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.11866},
year = {2023}
}