激光诱导空泡空化强化理论与技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

任旭东，袁寿其 著

图书标签:

• 激光空化
• 空化强化
• 激光技术
• 材料加工
• 表面处理
• 超声空化
• 流体动力学
• 光学工程
• 工业应用
• 物理学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030555458

版次：01

商品编码：12278067

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：208

字数：260000

正文语种：中文

内容简介

　　激光空化强化技术是一种新型的材料表面改性处理技术。《激光诱导空泡空化强化理论与技术》详细阐述激光诱导空泡空化强化并抑制空蚀的理论和技术。在总结激光空化强化技术的理论、应用和发展成果的基础上，较系统地阐述激光诱导空泡及空化强化的基本理论，研究激光诱导水下空泡的冲击波力学效应，分析激光空化的机械效应和化学效应，给出各种材料在激光空化强化的表面形貌、残余应力、抗空蚀性能等，充分反映激光诱导空泡空化强化技术的先进性与实用性。《激光诱导空泡空化强化理论与技术》还给出诸多具体的应用实例，具有较好的可读性和借鉴性。

目录

目录
前言
第1章 空化简介 1
1.1 概述 1
1.2 空化与空蚀 1
1.3 空化汽化与空化液化 6
1.4 空化内涵与分类 8
1.4.1 空化的内涵 8
1.4.2 空化的分类 9
1.5 空化核与空化数 10
1.5.1 空化核 10
1.5.2 运动平衡与气核悖理 11
1.5.3 空化初生和空化数 13
1.6 空化效应与空化强化 15
1.6.1 空化的能量效应 15
1.6.2 空化强化与激光空化方法 16
1.7 本章小结 18
参考文献 18
第2章 激光等离子体冲击波和空化空泡特性 21
2.1 概述 21
2.2 激光击穿液态物质 21
2.3 激光诱导等离子体冲击波 23
2.3.1 激光等离子体冲击波形成 23
2.3.2 水下冲击波的基本方程 25
2.4 气泡动力学与气泡特性 30
2.4.1 气泡动力学Rayleigh-Plesset(R-P)方程 30
2.4.2 气泡的生长、溃灭与回弹 31
2.5 激光诱导水下空泡脉动作用 33
2.5.1 球形蒸气泡溃灭过程 34
2.5.2 含气量修正 36
2.5.3 液体黏性、表面张力和可压缩性影响 39
2.6 近壁面的激光诱导空泡脉动 41
2.6.1 球形空泡的非对称溃灭和微射流机理 42
2.6.2 空泡溃灭的冲击波压力 45
2.6.3 球形空泡溃灭后的回弹与冲击波 50
2.7 本章小结 52
参考文献 52
第3章 激光空化的力学强化效应 55
3.1 概述 55
3.2 脉冲激光对声压信号探测 55
3.2.1 声压信号探测系统 55
3.2.2 水听器探测原理 57
3.3 多参数脉冲激光实验对比分析 59
3.3.1 声压信号对比分析 59
3.3.2 靶材作用对比分析 61
3.4 激光脉冲能量对声压信号的影响 63
3.4.1 声压信号与力学效应转换关系 63
3.4.2 激光能量与靶材作用力的关系 63
3.5 本章小结 65
参考文献 65
第4章 激光空化仿真研究 66
4.1 概述 66
4.2 近壁面空泡脉动模拟研究 66
4.2.1 模型建立与边界条件设置 66
4.2.2 湍流模型及参数设置 69
4.2.3 模拟结果与分析 71
4.3 激光空泡不同液体近壁面仿真 78
4.3.1 模型建立与边界条件设置 78
4.3.2 模拟结果与分析 80
4.4 不同离焦量下的激光空化仿真 87
4.4.1 模型建立与边界条件设置 87
4.4.2 模拟结果与分析 90
4.5 本章小结 96
参考文献 96
第5章 激光空化强化和化学强化效应 98
5.1 概述 98
5.2 激光空化强化理论 98
5.2.1 空化泡理论基础 98
5.2.2 激光空化化学强化 101
5.3 金属材料激光空化强化机理 102
5.3.1 2A02 靶材激光空化作用 102
5.3.2 激光空化强化实验 103
5.3.3 实验方案的选择 105
5.3.4 激光能量和离焦量对靶材机械性能的影响 107
5.4 激光空化的化学强化效应 111
5.4.1 羟自由基与化学强化作用效果 111
5.4.2 激光空化羟自由基的检测 111
5.4.3 激光能量对羟自由基含量的影响 117
5.4.4 激光空化强度与靶材性能对应关系 120
5.5 本章小结 124
参考文献 124
第6章 近壁面激光空化强化 127
6.1 概述 127
6.2 激光空化对机械性能的影响 127
6.2.1 激光空化对材料作用分析 127
6.2.2 激光能量对表面形貌的影响 128
6.2.3 激光能量对硬度的影响 131
6.2.4 激光能量对残余应力分布的影响 135
6.3 不同液体近壁面激光空化效果 139
6.3.1 不同液体激光空化强化实验系统 139
6.3.2 近壁面激光空泡的脉动过程 140
6.3.3 液体对合金表面性能的影响 142
6.4 本章小结 147
参考文献 147
第7章 激光空化抗空蚀性能提升 149
7.1 概述 149
7.2 水机材料的抗空蚀性 149
7.3 抗空蚀机理与表征 150
7.3.1 机械冲击机制 151
7.3.2 热、化学腐蚀机制 151
7.3.3 抗空蚀研究方法 152
7.4 典型铸铁的抗空蚀性能提升 154
7.4.1 激光空化及空蚀实验过程 154
7.4.2 激光空化对铸铁性能的影响 158
7.4.3 铸铁材料超声空蚀实验 162
7.4.4 激光能量对抗空蚀性能的影响 165
7.4.5 空化作用铸铁材料表面的抗空蚀机制 170
7.5 铝合金抗空蚀性能提升 171
7.5.1 铝合金实验设备及方法 171
7.5.2 3.5%NaCl溶液对材料空蚀性能的影响 174
7.5.3 激光空化对空蚀速率的影响 175
7.5.4 激光空化对材料硬度的影响 176
7.5.5 激光空化对空蚀形貌的影响 177
7.6 本章小结 179
参考文献 180
第8章 激光空化强化技术与成套试验装备 182
8.1 概述 182
8.2 激光空化强化技术 182
8.3 激光空化强化成套试验装备 184
8.3.1 激光诱导空化强化效果研究平台 184
8.3.2 激光器及相关设备介绍 185
8.3.3 激光诱导高性能水泵材料空化强化试验装备 187
8.3.4 激光诱导泵阀芯空化强化试验装备 189
8.3.5 激光诱导空化提高水泵叶轮强度试验装备 191
8.3.6 多系统自动化协调工作的激光诱导空化强化试验装备 193
8.3.7 高空化激光强化效率试验装备 195
8.4 本章小结 196
参考文献 196
索引 197

物理世界的精妙操控：从宏观到微观的能量之舞 本书并非关于激光诱导空泡空化这一特定领域，而是旨在勾勒一幅更为宏大且基础的物理学画卷，深入探讨能量在物质世界中的作用，以及人类如何利用这些基本原理来理解、预测并最终操控物质的形态与行为。我们将从宏观的动力学原理出发，逐步深入到微观的量子世界，揭示能量转换、传递和相互作用的普遍规律，并以此为基础，展现一系列令人叹为观止的物理现象和技术应用。 第一篇：宏观动力学与能量的宏伟图景 在物理学的宏伟殿堂中，能量扮演着至关重要的角色。它驱动着宇宙的运行，从星系的碰撞到微粒的跃动，无不与能量的转化和守恒息息相关。本篇将首先回顾经典力学中能量的概念，包括动能、势能以及它们之间的相互转化。我们将探索机械功、功率的概念，以及如何通过分析系统的能量变化来理解其运动状态。牛顿定律是理解宏观世界运动的基础，而能量观点则为我们提供了另一种审视问题的方式，它往往能简化复杂的动力学分析，尤其是在处理多体系统或复杂边界条件时。 进一步地，我们将目光投向热力学。热力学是研究能量在宏观系统中的传递和转化的学科，它深刻揭示了能量的局限性，例如热力学第二定律所阐述的熵增原理，这一定律不仅限制了能量转化的效率，也预示着宇宙的终极命运。我们将详细解析功、热、内能、熵等核心概念，并探讨卡诺循环等理想热力学循环，理解能量转换效率的理论极限。这部分内容将为理解各种能量转换设备（如内燃机、发电厂）的工作原理提供坚实的理论基础。 此外，本篇还将涉及电磁学中的能量观。电场和磁场不仅仅是力的载体，它们本身也蕴含着能量。我们将深入理解电磁场的能量密度，以及电磁波如何携带能量并实现能量的远距离传输。麦克斯韦方程组将在此处扮演核心角色，它们不仅统一了电、磁、光现象，更揭示了电磁场作为一种能量场的存在。电磁波的产生、传播和接收，是现代通信、照明、医疗等众多技术的基础，理解其能量特性是掌握这些技术的关键。 第二篇：物质相变与能量的精细调控 物质世界的形态千姿百态，而导致这些形态变化的核心驱动力往往是能量。本篇将聚焦于物质的相变过程，以及能量如何精细地调控这些变化。我们将从分子动理论的角度出发，理解固、液、气、等离子体等不同物态的本质区别，以及相变过程中能量的吸收与释放。例如，蒸发、熔化、凝固、升华等过程，都是伴随着明显的能量交换而发生的。拉普拉斯方程和杨-拉普拉斯方程将帮助我们理解表面张力对液滴形状和相变的影响，尤其是在微小尺度下，表面效应变得尤为显著。 我们将深入探讨相图的概念，通过相图可以直观地了解在不同温度和压力条件下，物质的稳定相以及相变发生的临界条件。这对于材料科学、化学工程以及地质学等领域至关重要，例如，理解金属的合金相变对于材料性能的设计，或者理解水的相变对于天气预报和气候研究。 在本篇的后半部分，我们将目光转向能量如何影响物质的宏观结构。例如，晶体的生长过程，如何受到能量供给和扩散速率的影响。结晶动力学，即晶体的形成和长大速率，是控制材料微观结构和宏观性能的关键因素。我们将分析成核理论，理解晶体形成的起始机制，以及晶粒生长理论，解释晶体如何通过合并和吸附原子而长大。这对于金属冶炼、半导体制造以及生物材料的合成都具有深远的意义。 第三篇：微观世界的能量量子与相互作用 当我们将视野从宏观世界拉回到微观尺度，能量的展现形式将变得更加奇妙和复杂。本篇将深入量子力学的范畴，探讨能量的量子化特性以及微观粒子之间的能量相互作用。普朗克提出的能量量子假说，革命性地改变了我们对能量的认知，揭示了能量并非连续的，而是以离散的“量子”形式存在的。这将带领我们理解黑体辐射、光电效应等一系列经典实验，这些实验直接证明了能量的量子性。 我们将详细介绍波粒二象性，理解光子和电子等微观粒子同时具有波和粒子的性质，并分析德布罗意波长等概念。薛定谔方程是描述微观粒子运动状态的基石，我们将简要介绍其含义，并理解其中能量本征值和能量本征态的概念。原子和分子的能级结构，是量子力学最直观的应用之一，不同能级之间的跃迁伴随着特定能量光子的吸收或发射，构成了光谱学的物质基础。 此外，本篇还将探讨微观粒子之间的相互作用。例如，库仑力在原子和分子内部的电子与原子核之间的作用，以及分子间作用力，如范德华力、氢键等，它们虽然相对较弱，但却在宏观物质的形成和性质中起着至关重要的作用。核物理中的能量概念，包括核结合能、核反应中的能量释放等，将展示原子核内部蕴含的巨大能量。这部分内容将为理解化学反应、固态物理、核能利用等领域提供必要的理论支撑。 第四篇：能量驱动的技术革新与未来展望 在前几篇的铺垫下，本篇将聚焦于能量如何在现代科技中发挥关键作用，以及未来可能的发展方向。我们将审视各种能量转换和利用技术，从传统的火力发电、水力发电，到现代的太阳能、风能、核能等清洁能源技术。对这些技术的深入理解，离不开前面关于热力学、电磁学和量子力学知识的支撑。 我们将讨论能源效率的提升和能源损耗的降低。例如，超导材料在电力传输中的应用，以及纳米技术在提高催化剂效率、能量存储器件性能方面的潜力。材料科学的发展，尤其是在新能源材料（如锂电池、燃料电池、光伏电池）的研发，将是本篇的重点。这些材料的性能，很大程度上取决于其微观结构和电子能带结构，与前面讨论的量子力学原理息息相关。 此外，我们将展望能量在未来科技中的应用。例如，可控核聚变作为一种前景广阔的清洁能源，其研究过程本身就是对高温等离子体物理和核物理的深刻探索。激光技术在材料加工、医学治疗、科学研究中的广泛应用，虽然具体机理复杂，但其基础原理依然离不开能量的精确控制与传递。人工智能在能源管理、新能源研发中的应用，将进一步提升能源利用的效率和智能化水平。 本书的目的是为读者提供一个理解物理世界能量运行规律的宏观框架，从宏观动力学到微观量子世界，再到现代技术应用，层层递进，力求展现能量的普遍性和重要性。通过对这些基础概念的深入学习，读者将能够更好地理解我们所处世界的运转机制，并为未来科技的发展提供更广阔的视野和更扎实的理论基础。本书并非旨在详尽介绍某一具体技术，而是着眼于构建一个贯穿始终的能量观，让读者在理解物理世界精妙的能量之舞中，体会科学的魅力。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的名字“激光诱导空泡空化强化理论与技术”，我首先想到的便是它与材料科学的紧密联系。我一直在关注如何通过非传统手段来改性材料的表面或体性质，而“空泡空化”这个概念听起来就充满了能量和可能性。我猜测，这本书的核心内容将会围绕着激光能量如何被转化为一系列物理化学过程，最终实现材料的“强化”。我非常好奇，激光在诱导空泡过程中，其能量是如何传递的？是直接加热流体，还是通过产生电离、等离子体等更复杂的物理过程？而空泡在溃灭时产生的局部高压、高温以及高速射流，又会对材料产生怎样的影响？是引起表面微观结构的改变，例如形成纳米纹理、增强表面粗糙度，还是能够促进材料内部的晶格重构，从而提高其机械强度、耐腐蚀性或导电性？我希望能看到书中能够提供详细的实验证据和理论解释，说明激光诱导空泡空化如何实现对不同种类材料（如金属、陶瓷、复合材料）的强化。例如，对于脆性材料，是否可以通过控制空泡的溃灭来避免其产生裂纹，反而起到一种“韧化”作用？对于多孔材料，它又是否能用于填充孔隙，从而提高材料的密度和强度？我期待这本书能为材料科学家提供一个全新的视角和工具，以更高效、更精准的方式来设计和制备高性能材料。

评分☆☆☆☆☆

从基础物理研究的角度来看，这本书的书名“激光诱导空泡空化强化理论与技术”触及了一个充满活力的交叉学科领域。激光与物质的相互作用本身就是极具挑战性的课题，而在此基础上，通过诱导空泡的形成和溃灭来达到“强化”的目的，这背后蕴含着丰富的物理原理。我非常期待书中能从微观层面深入阐释激光与流体介质的相互作用过程，包括电磁场的耦合、能量的吸收与传递、以及激发的等离子体过程（如果适用的话）如何导致空泡的产生。书中是否会涉及量子力学或统计物理学的概念来解释某些极端条件下的空化现象？我对空泡的动力学行为，特别是其生长、振荡和溃灭过程中的非线性动力学特性非常感兴趣。溃灭时产生的冲击波和声辐射，其能量的集中和时空特性是怎样的？这些能量又如何被用于“强化”？我希望书中能给出清晰的理论模型，例如利用Navier-Stokes方程的复杂解，或者更先进的数值模拟方法来描述这些过程。此外，“技术”部分也让我充满期待，它意味着这本书不仅仅是理论推演，更可能包含了如何将这些理论转化为实际应用的技术方案。例如，是否有关于激光器、光学系统、以及流体控制的集成设计方面的讨论？我希望书中能提供一些新颖的实验装置和测量方法，以及对现有技术的改进和创新。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在机械制造领域摸爬滚打多年的工程师，我对任何能提升加工效率和精度的技术都格外关注。这本书的书名“激光诱导空泡空化强化理论与技术”立刻吸引了我的目光，尤其是“强化”二字，让我联想到在精密加工、表面处理甚至材料改性方面可能存在的突破。我非常好奇，激光诱导产生的空泡，是如何实现“强化”的？这是否意味着在加工过程中，空泡的溃灭能产生极高的局部压力和温度，从而改变材料的表面特性，比如提高硬度、改善耐磨性，甚至是实现纳米级别的精密加工？书中是否会详细介绍不同激光器类型（如飞秒激光、皮秒激光、纳秒激光）在诱导空化方面各自的优势和劣势，以及它们如何影响空泡的特性和最终的强化效果？我特别希望能看到书中对不同材料（金属、陶瓷、高分子等）在激光诱导空泡空化作用下的反应机理进行深入剖析。例如，对于金属材料，空泡的溃灭是否会引起表面微观形貌的改变，甚至发生局部熔化或烧蚀？对于高分子材料，它又会如何影响材料的力学性能或降解过程？我期待书中能有大量的实验数据和仿真模拟结果作为支撑，用科学严谨的方式论证这些强化机制。如果书中还能提供一些关于工艺参数优化、设备选型、以及实际生产线上的应用案例，那将是我梦寐以求的宝贵信息，能直接指导我的工作。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对新能源技术充满热情的研究生，近来偶然得知了这本书“激光诱导空泡空化强化理论与技术”，并被其独特的研究方向所吸引。虽然我并非直接从事流体力学或光学领域的研究，但“强化”二字让我产生联想，这是否可能与某些新能源的生产或储存过程有关？例如，在某些催化反应中，如果能通过精确控制空泡的产生和溃灭，是否可以显著提高反应速率或产物收率？又或者，在储能材料的制备过程中，激光诱导的空化效应能否用于制备具有特殊纳米结构的材料，从而提升其能量密度或循环性能？我非常希望书中能为我提供一些关于激光诱导空泡空化在能源领域潜在应用的启发。例如，书中是否会介绍利用空化泡的冲击波来增强某些化学反应的效率，比如在电解水制氢、CO2还原等过程中？或者，是否会探讨如何利用激光诱导的空化效应来制备新型的纳米材料，这些材料在太阳能电池、燃料电池或电池技术中可能发挥重要作用？我期望书中能包含一些前沿的研究进展和未来的发展趋势，帮助我了解这个领域在新能源技术方面的突破潜力。如果书中能够提供一些跨学科的研究思路，将对我的研究方向选择非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，深邃的蓝色背景上，一道耀眼的绿色激光束仿佛划破黑暗，直抵一个奇特的、充满能量的空腔。这种视觉冲击力，让人立刻对书名中的“激光诱导空泡空化”产生了强烈的好奇。我一直对各种物理现象背后的驱动机制颇感兴趣，而“强化理论与技术”更是点燃了我深入了解的欲望。我猜想，这本书一定会详尽地阐述激光是如何与流体相互作用，从而产生并控制那些微小的、具有强大能量的空化泡的。想象一下，一个肉眼几乎看不见的空泡，却能在激光的驱动下，爆发出惊人的力量，这背后的物理原理该有多么精妙！我非常期待书中能够揭示激光能量如何被精确地转化为驱动空泡形成的动能，以及不同激光参数（如波长、能量密度、脉冲宽度等）对空化效应的影响。书中是否会深入探讨空泡的形成、演化、溃灭过程，以及在这个过程中释放出的声波、热量和冲击波等能量的传递机制？这些都是我非常想知道的。此外，“强化理论与技术”的提法，暗示了这本书不仅仅是理论的探讨，更可能包含了实际的应用和工程化的思路。我希望能看到书中能够提供一些具体的技术案例，说明如何利用这种现象来解决实际问题，比如在材料加工、生物医学、化学反应等方面，激光诱导空泡空化能否起到“强化”的作用。这种跨学科的应用前景，着实令人兴奋。