НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226- 1494-2016-16-5-764-772
УДК 532.529
МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С КАПЛЕЙ ЖИДКОСТИ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Волков К.Н., Булат П.В., Ильина Е.Е. Модель взаимодействия лазерного излучения с каплей жидкости // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 5. С. 764–772. doi: 10.17586/2226- 1494-2016-16-5-764-772
Аннотация
Предмет исследования.Разработана математическая модель оптического пробоя на каплях диэлектрической жидкости при воздействии на них импульсного лазерного излучения. Процесс рассматривается в несколько стадий: нагрев, испарение частицы, формирование парового ореола, ионизация парового ореола. На основе полученной математической модели проведены численные исследования для определения пороговых характеристик лазерного импульса. Основные результаты. Расчетным путем получены распределения давления, плотности и температуры в паровом ореоле частицы. Определено температурное поле около капли жидкости. Обнаружено, что при высоких значениях энергии в газовом пузыре создаются условия для термической ионизации газа и запуска электронной лавины, приводящей к образованию плазмы. За счет объемного тепловыделения капля перегревается и находится в метастабильном состоянии. Плазменное образование практически непрозрачно для излучения, что приводит к резкому росту температуры. В результате этого внутри капли происходит взрыв с образованием ударной волны, распространяющейся наружу. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для оценки работы мощных сканирующих лазеров (лидаров) в условиях наличия в атмосфере капель жидкости и других взвесей. Лазеры могут быть применены в системах пожарной и взрывобезопасной аэрокосмической техники. Сферой применения полученных результатов могут быть также системы лазерного зажигания и инициирования детонации.
Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашение № 14.578.21.0111, уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57815X0111).
Список литературы
1. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Кузиковский А.В. Нелинейные оптические эффекты в аэрозолях. Новосибирск: Наука, 1980. 184 с.
2. Копытин Ю.Д., Сорокин Ю.М., Скрипкин А.М. и др. Оптический разряд в аэрозолях. Новосибирск: Наука, СО АН СССР, 1990. 159 с.
3. Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Взрыв и оптический пробой слабопоглощающих водных аэрозолей в мощном световом поле // Журнал технической физики. 1984. Т. 53. № 8. С. 1541–1546.
4. Bulat P., Volkov K. Simulation of detonation in particulate systems with applications to pulse detonation engines // Proc. 7th European Combustion Meeting. Budapest, Hungary, 2015. Art. 4252.
5. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Взаимодействие интенсивных потоков излучения с газодисперсными системами // Математическое моделирование. 2003. Т. 15. № 6. С. 35–40.
6. Kopecek H., Maier H., Reider G., Winter F., Winther E. Laser ignition of methane-air mixtures at high pressures // Experimental Thermal and Fluid Science. 2003. V. 27. N 4. P. 499–503. doi: 10.1016/S0894-1777(02)00253-4
7. Volkov K.N., Emelyanov V.N., Solong L. Heat and mass transfer in gas-disperse systems exposed to intense radiation // Heat Transfer Research. 2003. V. 34. N 5-6. P. 332–343.
8. Лоскутов В.С., Стрелков Г.М. О взрывном испарении водяной капли под действием лазерных импульсов на 1.06 и 2.36 мкм // Оптика и спектроскопия. 1982. Т. 53. № 5. С. 888–892.
9. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов А.М., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999.
10. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 466 с.
11. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. 280 с.
12. Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. М.: Наука, 1991. 312 с.
13. Kopecek H., Maier H., Reider G., Winter F., Winther E. Laser ignition of methane-air mixtures at high pressures // Experimental Thermal and Fluid Science. 2003. V. 27. N 4. P. 499–503.
14. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с. doi:10.17586/2226-1494-2015-15-6-1155-1168
15. Булат П.В., Волков К.Н. Произвольное взаимодействие плоских сверхзвуковых потоков // Научно-технический вестник информационных технологии, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 1155–1168. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1155-1168
16. Азаров М.А., Дроздов В.А., Игошин В.И., Куров А.Ю., Петров А.Л., Пичугин С.Ю., Трощиненко Г.А. Формирование и экспериментальное исследование газодисперсной среды импульсного химического H2–F2-лазера, инициируемого ИК-излучением // Квантовая электроника. 1997. Т. 24. № 11. С. 983–986.
