[发明专利]一种液体介质中冲击波压强的测量方法及检测装置

说明书

本发明提供了一种液体介质中冲击波压强的测量方法，包括如下步骤：通过激光诱导使液体介质产生空化冲击波；通过移动平台调节激光诱导的空泡与自由液面之间的距离d_n，其中n为测量次数，n为整数；通过拍摄液面凸起图像，测得最大液面凸起高度h_n、球冠边缘到球心连线与液面法线的夹角和球冠边缘到球冠顶点与液面的夹角θ_n，计算凸起液面瞬态附加压强P_sn；计算C平均值；根据l值计算冲击波压强。本发明将空泡激发冲击波在自由液面处引起界面形变的大小转化为该处冲击波的压强，利用该值即可求得液体介质中距离泡心外的完整冲击波传输方程。

技术领域

本发明涉及液体冲击波领域，特别涉及一种液体介质中冲击波压强的测量方法及检测装置。

背景技术

在水翼、螺旋桨、水轮机叶片等所处的流场中，大量的空泡溃灭产生局部高能冲击载荷，材料表面遭到空蚀破坏，而压力脉冲的累积效应也能够诱发强烈的振动、噪声等问题。在高速水动力学领域，空泡溃灭产生的冲击波可以说是工程应用中的头号敌人。不过空泡溃灭产生的高压，也可以为我们所用。激光诱导空泡利用脉冲激光与液体介质的相互作用，当激光能量阈值高于液体介质击穿阈值时，击穿点形成等离子腔体，等离子腔体的膨胀脉动和溃灭形成冲击波作用于材料，实现材料改性。通过调整激光参数，控制空泡的形态和冲击波特性，材料特性发生可以预见的改性。激光空泡诱导冲击波处理材料的方法，保留了激光处理高效、高质量、非接触的特点，又充分利用空泡冲击波压强大，有效防止激光直接作用过度烧蚀材料的缺点。

有效利用空化冲击波改性材料和防止空化冲击波破坏的关键是测试冲击波压强。目前常用的方式是利用水听器测量，但由于水听器易损坏，价格昂贵等问题，无法进行大规模推广使用，冲击波压强的测量工作一直难以有效开展。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种液体介质中冲击波压强的测量方法，将空泡激发冲击波在自由液面处引起界面形变的大小转化为该处冲击波的压强，利用该值即可求得液体介质中距离泡心外的完整冲击波传输方程。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种液体介质中冲击波压强的测量方法，包括如下步骤：

通过激光诱导使液体介质产生空化冲击波；

通过移动平台调节激光诱导的空泡与自由液面之间的距离d_n，其中n为测量次数，n为整数；

通过拍摄液面凸起图像，测得最大液面凸起高度h_n、球冠边缘到球心连线与液面法线的夹角和球冠边缘到球冠顶点与液面的夹角θ_n，计算凸起液面瞬态附加压强P_sn；

通过公式计算C平均值，其中，

P为液体介质中距离等离子空泡中心l处的压强，P＝P_sn，l＝d_n；

ρ₀为液体初始密度；

B为与压强及液体介质有关的常数；

根据l值计算冲击波压强。

进一步，还包括如下步骤：构建实验装置，调节焦距和激光参数。

进一步，所述调节激光参数具体为：根据所述激光诱导的空泡与自由液面之间的距离d_n和液体介质的击穿阈值，选取激光诱导空泡的激光能量J：J≥J₀+J₁，其中J₀为形成空泡所需最低能量；J₁为激光传输过程中的其它损耗。