Моделирование и экспериментальное исследование разрушения сферической полистироловой микрочастицы в лазерном пучке

Содержание

Слайд 2

Цели работы:

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

1) Построение математической модели нагрева полистироловой

Цели работы: Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 1) Построение математической
микрочастицы с функцией источника в виде нагревающего конуса

2) Экспериментальная проверка микровзрывов полистироловых микрочастиц

3) Описание эффекта интерференции, происходящего на подложке, покрытой слоем алюминия

4) Экспериментальное наблюдение эффекта интерференции на подложке с высоким коэффициентом отражения

5) Экспериментальная проверка нагрева полистироловых микрочастиц с использованием пучка, преобразованного ДОЭ

2/16

Слайд 3

Задачи:

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

1) Описание алгоритма, реализующего математическую модель нагрева

Задачи: Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 1) Описание алгоритма, реализующего
полистироловой микрочастицы

2) Исследование возможности микровзрыва полистироловой микрочастицы по параметрам, полученным при помощи модели нагрева

3) Обоснование эффекта интерференции на подложке покрытой слоем алюминия

4) Реализация оптических схем для подтверждения эффекта интерференции, наблюдения взрыва полистироловых микрочастиц и использования пучка, преобразованного при помощи ДОЭ

3/16

Слайд 4

Построение математической модели нагрева микрочастицы:

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

4/16
Уравнение теплопроводности:
Оператор Лапласа:
Дискретизируя

Построение математической модели нагрева микрочастицы: Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.
данную модель в узле , получим:

Слайд 5

Результаты моделирования

Рисунок 1 - 2 – Изменение температуры в зависимости от зенитного

Результаты моделирования Рисунок 1 - 2 – Изменение температуры в зависимости от
угла (слева) и от глубины проникновения лазерного излучения (справа)


5/16

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

Время моделирования – 10 нс.
Диаметр микрочастицы – 5 мкм.

Слайд 6

Результаты моделирования

Рисунок 3 - 4 – Изменение температуры в зависимости от зенитного

Результаты моделирования Рисунок 3 - 4 – Изменение температуры в зависимости от
угла (слева) и от глубины проникновения лазерного излучения (справа)


6/16

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

Время моделирования – 15 нс.
Диаметр микрочастицы – 5 мкм.

Слайд 7

Оптическая схема эксперимента

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

7/16

Рисунок 5 – Схема эксперимента

Оптическая схема эксперимента Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 7/16 Рисунок
для микровзрывов полистироловых микрочастиц

Обозначения:
UV – ультрафиолетовый лазер (длина волны 355 нм);
М1, М2, М3 – поворотные зеркала;
L1, L2 – фокусирующий и изображающий микрообъективы, соответственно
V – положка с микрочастицами
PC – компьютер
CCD – высокоскоростная камера

Слайд 8

Экспериментальные результаты

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

8/16



Рисунок 6 – Перемещение

Экспериментальные результаты Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 8/16 Рисунок 6
полистироловых микрочастиц посредством взрыва центральной частицы при частоте кадров 1902 кадров/с

Слайд 9

Микровзрывы полистироловых микрочастиц

9/16

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

Микровзрывы полистироловых микрочастиц 9/16 Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

Слайд 10

Суммарная интенсивность падающей и отражённой волн:

(4)

Учитывая, что кварцевое стекло обладает высоким

Суммарная интенсивность падающей и отражённой волн: (4) Учитывая, что кварцевое стекло обладает
коэффициентом пропускания, а алюминий – высоким коэффициентом отражения, можно положить, что:

(5)

При подстановке (4) в (3), получаем:

.

Интерференция на подложке, покрытой слоем алюминия

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

10/16

Слайд 11

Экспериментальные результаты

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

11/16



Рисунок 7 – Расположение

Экспериментальные результаты Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 11/16 Рисунок 7
пятна фокусировки относительно полистироловой микрочастицы при разном расположении самой микрочастицы относительно фокальной плоскости

Слайд 12

Оптическая схема эксперимента

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

12/16

Рисунок 8 – Схема эксперимента

Оптическая схема эксперимента Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 12/16 Рисунок
по наблюдению эффекта интерференции на подложке, покрытой слоем алюминия

Обозначения:
1 – ультрафиолетовый лазер (длина волны 355 нм);
2,3 – поворотные зеркала;
4 – кубик с полупрозрачными зеркалами;
5 – фокусирующий микрообъектив;
6 – подложка с микрочастицами, покрытая слоем алюминия;
7 – высокоскоростная камера.

Слайд 13

Экспериментальные результаты

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

13/16



Рисунок 9 – Перемещение

Экспериментальные результаты Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 13/16 Рисунок 9
полистироловых микрочастиц при микровзрыве на подложке, покрытой слоем алюминия. Интервал времени между кадрами 10 мс

Слайд 14

Попытка вращения микротурбины

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

14/16



Рисунок 10 –

Попытка вращения микротурбины Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 14/16 Рисунок
Результаты взрыва полистироловых микрочастиц вблизи микротурбины. Интервал времени между кадрами 0,03 секунды

Слайд 15

Изменение формы пучка

Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С.

15/16



Рисунок 11 –

Изменение формы пучка Моделирование и экспериментальное исследование разрушения… Васильев В.С. 15/16 Рисунок
Результат плавления полистироловых микрочастиц при использовании пучка Бесселя 8-го порядка
Имя файла: Моделирование-и-экспериментальное-исследование-разрушения-сферической-полистироловой-микрочастицы-в-лазерном-пучке.pptx
Количество просмотров: 24
Количество скачиваний: 0