纳秒激光作用下金属靶烧蚀-等离子体演化-辐射的耦合模型OA
纳秒激光与金属材料相互作用涉及多个复杂物理过程,构建能够统一描述各阶段的自洽模型是当前研究的重点.本文以纯铁为研究对象,建立了一个涵盖激光能量沉积、固液相变、气液界面动理学输运、等离子体膨胀电离、组分扩散、热/黏性输运与光谱辐射的多物理场耦合模型.采用隐式紧致差分与Mac-Cormack显式格式对纯铁烧蚀动力学进行分区数值求解.计算结果揭示了等离子体屏蔽效应的产生及其对蒸发过程的抑制作用;明确了早期蒸发产物以声速逃离努森层,蒸气质量占总烧蚀质量的81.6%.研究再现了等离子体羽流从高温高电离态(Fe^(3+)主导)向低温中性原子(Fe^(0)主导)演化的全过程,以及光谱从“连续谱强、离子线主导”到“原子线凸显并出现自吸收”的动态转变.通过与实验测量光谱以及PrismSPECT、NIST LIBS程序计算结果的定量对比,验证了全链条自洽建模在预测等离子体辐射特性方面的必要性,为激光加工、光谱分析等应用提供了一种可靠的数值模拟工具.
周颖;吴坚;孙浩;李京徽;李小璇;黄树志;何佳瑶;刘星雨;杭玉桦;裴翠祥;李兴文
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信息技术与安全科学
多物理场耦合激光烧蚀等离子体光谱辐射输运
《物理学报》 2026 (5)
P.230-243,14
国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目(批准号:U24A20154)能源陕西实验室科技项目(批准号:ESLB202414)陕西省重点研发计划(批准号:2024PT-ZCK-48)资助的课题.
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