基于激光空化技术的酸性黑溶液降解特性研究

为了研究激光技术在废水降解领域中的应用,采用激光诱导空化技术对酸性黑溶液进行降解,通过紫外分光光度计对降解后的溶液进行分析表征,获得激光能量和溶液初始质量浓度对降解能力的影响;结合空泡动力学理论和空化化学效应,揭示了激光空化降解酸性黑溶液的机理。结果表明,随着激光能量的增加,初始质量浓度为20 mg/L的酸性黑溶液的降解率从0.78%逐步增加到27.28%;在100 mJ激光能量下,当溶液中酸性黑溶液的初始质量浓度从5 mg/L提升至20 mg/L时,降解率从98.55%降低至7.63%;激光能量越高,降解率越大;初始质量浓度过大,则激光空化难以对酸性黑溶液进行降解。该研究推进了激光空化降解染料等有机废水技术的发展。

304不锈钢激光空化微造型实验研究

针对304不锈钢激光空化微造型进行了实验研究,重点研究了激光焦点位置、激光能量和激光作用次数这3个主要因素对304不锈钢材料表面微造型的影响规律,采用激光共聚焦显微镜对304不锈钢材料表面微造型的形貌进行观察测量,并运用相关理论对实验现象和结果进行具体分析。

激光空化在水下假目标中的应用研究

潜艇螺旋桨完全空化后,其对外所辐射的空化噪声是主要噪声源。针对这一特征,考虑利用激光光源在远处水下产生空化噪声作为假目标,用来模拟潜艇螺旋桨产生的空化噪声。对实现该水下对抗方法拟采取的实验研究路线与将建立的伪装系统进行了初步的探讨和研究。

激光空化气泡溃灭对SAP弹性小球的作用

空化气泡溃灭时对附近弹性小球的作用研究具有重要的学术价值和实际意义。采用实验方法研究了超吸水聚合物(SAP)弹性小球附近激光空化气泡的膨胀和溃灭过程,利用扩束-聚焦后的激光在去离子水中产生单个空化气泡,通过精密位移平台精确控制空化气泡发生位置,采用高速相机获取气泡膨胀和溃灭以及弹性小球的动态变形过程,进而基于弹性小球的变形,采用数值方法获得作用在弹性小球上的挤压作用力。研究发现,弹性小球附近空化气泡存在多次膨胀和溃灭现象,其中一次膨胀和溃灭持续时间最长,对弹性小球的挤压和拉扯作用最明显。在气泡膨胀阶段,弹性小球受到膨胀气泡的面挤压所用;在气泡溃灭阶段,弹性小球受到溃灭气泡的点拉扯作用。相关研究结果对于探究超声靶向微泡破坏技术中细胞膜的通透性增加机理等现象有较好的参考作用。

空化水喷丸表面改性技术研究进展综述

空化水喷丸是一种利用空化现象产生的巨大能量冲击材料表面,对零件进行强化的表面改性技术。因其对诸多金属材料都具有强化作用,而被广泛应用于改善零件的表面状态,形成残余压应力层,延长零件的疲劳寿命。主要从基本原理、试验设备和研究现状3个方面对水射流空化喷丸(WJCP)、超声空化喷丸(UCP)和激光空化喷丸(LCP)进行了介绍,并从理论和试验等方面总结了不同类型金属材料进行空化水喷丸后其残余压应力、粗糙度和疲劳寿命等方面的变化情况。在上述研究内容的基础上,结合空化水喷丸技术的优势,对空化水喷丸今后的发展方向和应用前景进行了展望。研究表明,空化水喷丸技术作为一种新型的表面强化技术,具有独特的优势和广阔的发展前景。

激光诱导空化技术研究及应用

空化是一种常见的流体现象,人们试图通过各种方式来缓解甚至避免空化空蚀带来的危害。同时,人们也在研究如何将空化瞬间聚集的高能量转化为有利于工业生产的技术。随着激光技术的日益发展,激光诱导空化成为研究空化现象的重要手段,并广泛应用到众多领域,如微成形领域、材料强化、有机废水处理、生物医学领域等。文章综述了激光诱导空化的作用机理和其各个领域应用的研究进展,希望为激光诱导空化应用范围的进一步拓展和该技术的发展提供参考。

激光诱导空化微孔冲裁试验研究

针对微尺度下金属箔模具冲孔存在模具挤压磨损、对中困难,激光打孔存在烧蚀、吸收层无法补偿等问题,提出通过激光诱导空泡对金属箔进行加载来实现冲裁小孔的方法。研究了不同激光焦点位置(H=0~4 mm)、激光能量(E=10.3~50.8 mJ)和铜箔厚度(T=20~70μm)对铜箔冲孔的影响,发现激光焦点位置影响明显,当铜箔变形平均深度达到147.0μm后,铜箔发生剪切断裂,可实现冲裁,并且制备的小孔边缘正表面无烧蚀、毛边、裂纹和卷边等缺陷。同时,利用高速摄影仪对激光诱导空化微孔冲裁过程进行研究,结果表明激光诱导空化微孔冲裁过程是激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和微射流共同加载的过程。

固体壁面边缘附近激光诱导空化泡非球形特征的实验研究

依托高速相机实验系统,本文对固体壁面边缘附近的单个空化泡的动力学行为开展了实验研究。基于不同特征点处的空化泡半径及泡壁运动速度等统计参数,重点探析了空化泡溃灭过程中的非球形特征及其随时间和距离的变化,为后续单空泡动力学的理论研究提供了实验依据,获得的结论如下。首先,在空化泡振荡的各个阶段中,空化泡溃灭阶段的非球形程度比生长阶段更为显著。其次,在空化泡溃灭阶段,当空化泡距离壁面边缘较近时,空化泡泡壁半径八个典型位置的标准差可高达0.20,表明此时空化泡非球形程度很高,必须予以考虑。最后,空化泡与固体壁面边缘之间的距离越大,空化泡的非球形程度越弱,可以近似为球形溃灭。

水下激光加工的爆发沸腾实验研究

为了探寻水下脉冲激光加工的合适焦点位置,并与空气中的加工效果进行对比,采用改变激光焦点位置轰击导热硅胶片的方法进行实验。用激光扫描共聚焦显微镜测量凹坑尺寸,并绘制了凹坑深度、宽度与焦点位置趋势图。用高速摄影仪拍摄水下激光加工现象,得到了等离子体闪光及其诱导产生的空化泡现象,并进行了理论分析和实验验证。结果表明:当焦点位置在材料表面以下时,水下激光加工是热传导、等离子体冲击波及空化泡冲击波共同作用的结果,激光加工效率与激光焦点位置密切相关。

纳秒激光诱导铜箔喷射机制的研究

使用纳秒Nd:YAG脉冲激光进行了微米厚铜箔的激光诱导喷射机制研究。通过控制激光脉冲能量10～500 μJ,揭示了三种不同的喷射现象:无喷射、稳定喷射和溅射。在稳定喷射模式中,发现了由单一脉冲同时引发的向前和向后喷射现象,可同时在接收层与靶材层方向制备出微细结构。用有限元方法对激光辐照产生的温度场和铜箔相变进行了计算,揭示了纳秒激光诱导喷射主要是由气相膨胀所带动的流体动力学所引起,并界定了发生稳定喷射所需的激光能量阈值。采用Rayleigh-Plesset方程对激光诱导的汽泡动力学进行了计算,分析认为汽泡的迅速扩张和收缩,是分别引起向前和向后喷射的主要原因。根据实验和仿真结果,提出了通过控制激光参数实现稳定喷射的方法。

激光波长对水体中激光诱导击穿光谱和空化气泡演化的影响

采用532 nm和1064 nm两种波长的激光光源,分别研究了水体中激光诱导空化气泡及其时间演化过程,以及等离子体辐射光谱,详细讨论了激光波长、聚焦透镜焦点位置对空化气泡和光谱强度的影响。研究表明,在相同的实验参数条件下,激光诱导空化气泡均出现了两个周期的膨胀-收缩振荡过程,但1064 nm波长激光产生的空化气泡直径更大、膨胀速度更快,且其激光诱导击穿光谱(LIBS)强度可达到532 nm波长激光的2.3倍。光谱强度、空化气泡大小,以及它们的稳定性与聚焦透镜焦点位置密切相关,焦点位于水面下10~12 mm时,不仅能产生直径更大且相对稳定的空化气泡,还可以将LIBS谱线强度的相对标准偏差由20%降低至13%,稳定性得到提高。

脉冲CO_(2)激光诱导液体微射流动力学特性及应用研究

近年来,激光诱导液体微射流技术以其热损伤小、精度高、微创等优点,在无针注射、神经外科等医学领域得到了广泛应用。本团队设计了以10.6μm CO_(2)激光器为激光光源的微射流装置,并探究了CO_(2)激光诱导液体微射流特性与激光强度、激光焦点位置与硒化锌镜片距离D的关系。采用不同弹性模量的琼脂糖凝胶模型作为人体模拟组织,评估了10.6μm CO_(2)激光诱导液体微射流在组织选择性切割方面的可行性。结果显示,射流流速与激光强度、D成正相关,且微射流对不同弹性模量的生物组织具有高度选择性,表明其在精准去除肿瘤且保留高弹性模量组织的应用方面具有一定的潜在价值。

壁面附近激光空泡溃灭的空蚀特性

为分析空泡在壁面附近溃灭导致的冲击波和射流特性,提出将激光空化、高速摄影技术应用于激光空泡的空蚀研究。建立了壁面附近激光空泡的产生、微调控制及高速摄影测量实验平台。采用高速摄影技术对不同液体、不同γ参量条件下空泡脉动的外形特征、溃灭冲击波和溃灭射流等参量进行了测量。结果表明,壁面的存在弱化了空泡溃灭时的收缩程度,空泡溃灭时的冲击波和射流对壁面的破坏作用存在着此消彼长,相互竞争的关系;空泡在壁面附近脉动时,回弹泡的溃灭对壁面也可产生较强的破坏作用;液体的粘性增大有助于空泡表面维持稳定,减缓空泡溃灭时泡壁的运动速度。

激光空泡的溃灭发光及冲击波辐射

分析了空泡溃灭辐射光子的基础理论,建立了自由场液体中激光空泡的产生、脉动及溃灭冲击波、溃灭发光的高速摄影测量实验平台。采用高速摄影技术对不同液体、不同空泡尺寸条件下空泡脉动的外形特征、溃灭冲击波、溃灭发光强度等参数进行测量。结果表明,激光空化技术是产生稳态单一空泡的较好手段;对于不同的液体介质中的激光空泡,激光等离子体空泡膨胀、空泡溃灭辐射冲击波强度主要与液体的粘性系数相关;激光空泡发光与最终溃灭是同相位的;空泡溃灭发光强度与液体的表面张力、饱和蒸气压力有极强的相关性。