雷射誘導空泡空化強化機理與激勵特性研究

《雷射誘導空泡空化強化機理與激勵特性研究》是依託江蘇大學，由任旭東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射誘導空泡空化強化機理與激勵特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：任旭東
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

本項目針對水力機械空化空蝕機理複雜、危害嚴重的科學問題，提出雷射誘導空泡推進空化強化理論與技術。基於雷射共聚焦和雷射衝擊強化原理，對激發空泡衝擊波最佳化約束形成高速高壓空泡微射流，套用微射流強化效應對水力機械加工與改性，闡明雷射空泡微射流強化新理論。從理論與實驗兩方面分別對雷射空化機理、空化空泡球對稱運動模型、雷射-空化複合激勵機制、微射流強化效應、高空化性能水泵模型等相關科學問題進行研究；融合高速攝影與高頻測試技術，進一步探討雷射水下爆炸推進空泡群與空泡疊加效應，提出水力機械空化空蝕抑制對策及在空化條件下安全運行的評價準則；創新提出雷射衝擊強化與雷射空泡微射流複合強化理論，研究並掌控雷射強化提高部件抗空蝕性與耐腐蝕技術，促使雷射空化成為一種可以改善材料表面性能的有效手段。本項目的研究可獲得一種全新的雷射空化強化理論與技術，具有很重要的科學意義與廣闊的工程套用前景。

結題摘要

本項目圍繞“雷射誘導空泡空化強化機理與激勵特性研究”新機理新工藝，著重解決水力機械空化空蝕機理複雜、危害重的科學問題。 本項目巧妙地將空化空泡潰滅產生的原本對水力機械造成沖蝕破壞、工作效率下降等嚴重副作用的高強度衝擊力，最佳化控制轉變為高幅值殘餘壓應力，有效提高材料表面的微動疲勞抗力，達到對材料表面強化延壽的目的。研究從理論和實驗方面深入研究了空化和空蝕現象，電漿衝擊波在水中的傳播特性、雷射空化的機械效應和化學效應、材料表面組織和力學性能、抗空蝕性能等內容。 項目完成並構建了多系統自動化協調工作的雷射空化強化系統，研發出適用泵閥芯、水泵葉輪等典型部件的雷射空化強化裝備；獲得了空泡慣性生長、潰滅和回彈規律，討論了含氣量、表面張力、液態粘性和可壓縮性對空泡潰滅壓力的影響，並測試出電漿衝擊波在水中的傳播特性，探測出雷射電漿衝擊波聲壓信號，定量測量了靶材表面的力學效應，揭示了雷射空化的機械效應；測試出雷射空化的羥自由基含量，建立羥自由基與2A02鋁合金表面殘餘應力的關係，揭示雷射空化的化學效應，形成了一種表征材料空化強化效果的新方法；通過求解質量連續方程、Navier-Stokes方程和界面方程研究了空泡衝擊波和微射流，採用FLUENT軟體中的VOF多相流模型和全空化模型獲取空泡整個脈動過程氣液兩相分界面的動態變化序列圖，揭示了雷射空化強化的關鍵科學問題；獲得了雷射空化強化對鑄鐵和鋁合金等金屬材料的抗空蝕性能影響關係，闡述了雷射空化增強材料抗空蝕機理與效果，提出並完善了雷射空化強化機制。