长脉冲激光诱导的空化：对流与相变之间的竞赛
摘要：激光产生的蒸汽泡常常具有复杂的非球形形状，这些形状反映了激光光束的一些特性（如方向、宽度）。本研究使用新的计算模型，将可压缩多相流体力学与激光辐射和相变相结合，研究了两种常见形状之间的过渡，即类似圆梨形和细长锥形。模拟了两个实验室实验，分别使用钬：YAG和铥光纤激光器产生不同形状的泡。在两种情况下，模拟预测的气泡形态与实验测量结果相当吻合。分析了模拟的激光辐射、温度、速度和压力场，以解释泡的动力学和能量传输。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受到平流的驱动，还受到蒸发的持续影响。值得注意的是，圆梨形泡情况下，蒸发时间不到1微秒，而细长气泡情况下，蒸发时间超过50微秒。研究假设泡的形状是一种竞争的结果。当平流速度高于蒸发速度时，泡倾向于球形增长。否则，它沿着激光束方向变长。为了澄清和验证这个假设，使用简化模型分析定义了这两个速度，然后使用模拟结果估计了实验中的速度。结果支持这个假设。它们还表明，较高的激光吸收系数和较窄的光束有利于泡的细长化。
作者：Xuning Zhao, Wentao Ma, Junqin Chen, Gaoming Xiang, Pei Zhong, Kevin Wang
论文ID：2308.11866
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-24