Рис. 1. Схематичное изображение
расчетной области и структуры
лазерного факела, возникающе-
го при взаимодействии лазерно-
го излучения с газовыми среда-
ми вблизи металлической пре-
грады:
1
— металлическая мишень;
2
—
область эрозионных металличе-
ских паров;
3
— контактная грани-
ца;
4
— область ударно-сжатого газа
окружающей металлическую пре-
граду среды;
5
— фронт ударной
волны;
6
— поток лазерного излу-
чения
трехслойной итерационной схемы, в
которой итерационный временн´ой шаг
находят с помощью метода сопряжен-
ных направлений. В этом случае эл-
липтическое уравнение, соответству-
ющее многогрупповому диффузион-
ному приближению уравнения пере-
носа излучения, решали на основе
одного из наиболее быстрых итера-
ционных методов — модифицирован-
ным попеременно-треугольным мето-
дом [26].
Результаты проведенных расче-
тов.
Конкретные расчеты проведе-
ны для случаев воздействия импульсов
лазерного излучения прямоугольной
формы с длительностями 5. . . 500 нс.
Значение полной энергии лазерно-
го (CO
2
-лазер) излучения составляло
0,1. . . 3 Дж, размер пятна фокусиров-
ки — около 0,12 см. В расчетах в ка-
честве материала металлической пре-
грады был принят алюминий; окружа-
ющая среда — воздух.
Расчетная область (рис. 1) при проведении двумерных расчетов
в системе координат
rz
и
ξη
представляла собой прямоугольник. В
нижней части рис. 1 показана плоская металлическая мишень
1
, на
поверхность которой перпендикулярно подводится лазерный поток и
через плоскую поверхность которой эрозионный поток паров матери-
ала мишени втекает в расчетную зону. Сверху она ограничена прямой
линией, на которой заданы невозмущающие условия для выходящего
из расчетной области потока:
∂
2
f
∂x
2
n
= 0
, где
f
=
{
ρ, u, v, e
}
и
x
n
—
координата, нормальная к граничной поверхности. Пространственное
положение данной прямой определяется из условия, чтобы возмуще-
ния численного решения, возникающие на верхней границе расчетной
области от выходящего потока, не искажали течение вблизи метал-
лической облучаемой преграды. С правой стороны область интегри-
рования ограничивается осью симметрии, на которой задаются соот-
ветствующие условия симметрии течения плазмы лазерного факела. С
левой стороны располагается поверхность, находящаяся на достаточ-
ном удалении от оси симметрии, чтобы на ней можно было задавать
граничные условия, соответствующие условиям на бесконечности в
невозмущенной газовой среде.
60 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2009. № 4
