强激光诱导水中介质等离子体冲击波的数值模拟研究

本文主要探讨了强激光与水介质相互作用过程中，等离子体和冲击波的形成机理及其数值模拟方法。作者通过双脉冲激光纹影摄影技术，精确捕捉到了强激光作用下水中的冲击波流场图像，这一技术使得研究人员能够观察到激光能量在水中的动态变化过程。 文章构建了一个激光与水作用的两相流计算模型，这个模型精细地考虑了激光在水中的吸收过程，以及水体的汽化、等离子体的形成和膨胀等关键物理现象。模型的建立对于理解激光与水相互作用的复杂行为至关重要，它允许科学家们预测和控制这些现象，从而在激光技术如切割、熔化或材料处理等领域找到潜在应用。 数值模拟计算的结果与实验数据高度吻合，这验证了模型的有效性。研究发现，当激光作用于水时，产生的等离子体以极高的速度（上千米每秒）迅速膨胀，形成冲击波，其初始压力可达到十几吉帕，这是一个显著的能量释放量。然而，冲击波的速度和压力随后迅速衰减，仅在大约1微秒后就降到了声波的速度水平。 作者还对比了实验结果与经典理论模型，通过这种对比，他们不仅检验了现有理论的适用性，还可能发现了新的物理现象或改进了现有的理论解释。这一工作对于理解强激光与水介质交互的物理过程，优化激光武器设计，以及推动相关领域的基础科学研究都有着重要意义。 这篇文章深入研究了强激光在水中的冲击波形成机制，通过数值模拟提供了宝贵的数据支持，并为进一步提升激光技术在水下应用的效率和安全性奠定了基础。激光技术、冲击波、数值模拟和水介质的相互作用是本文的核心内容，对于相关领域的专业人士来说，这是一篇极具价值的研究论文。