Испарение лазером

и 10J/cm2 и шириной пучка 40мкм (осесимметричный случай)
Анализ показывает что корректный тепловой расчет возможен при учете потерь энергии на испарение. Полностью корректный учет испарения требует решения связанной нестационарной газодинамической задачи, решение которой затруднительно провести за разумное время (в т.ч. время счета компьютера). Поэтому часть расчетов была проведена с простейшей моделью симулирующей испарение: теплопроводность испаряемого материала скачкообразно меняется от стандартного значения (0.6069W/m*K) при Т<100C до нуля при Т>100C. Таким образом перегретый материал считается "испарившимся" и теплообмен между ним и остальным материалом отсутствует. Такой подход не является абсолютно корректным физически и, кроме того, скачкообразное изменение свойств материала на сетке конечного размера вызывает численные артефакты. Тем не менее, при сравнении со случаем без учета испарения он позволяет оценить границы области испарения и границы области перегрева (выше 50С).
Грубая оценка "глубины" испаренного материала за 1 импульс дает ~10мкм для плотности энергии 1J/cm2 и ~30мкм для 10J/cm2. Радиус максимальной области "перегрева" (более 50С) для плотности энергии 1J/cm2 ~30мкм (слайд 35); для плотности энергии 10J/cm2 ~60 мкм (слайд 28).

изменения геометрии вследствие испарения
Выполнить расчет с разными ширинами пучка (20-100мкм)
Выполнить расчеты с промежуточной плотностью энергии (3J/cm2)
Расширить границы расчетной области для более корректного расчета, оптимизация сетки.
Проведение расчетов с более чем 1 импульсом с разными частотами следования (от 100 до 1000Гц).

поглощения
** Tthres cвязана c энергией абляции на единицу объема: Eabl=(Tthres-T0)*C. Значение Tthres=637C соответствует т.н. "Steady state" модели абляции (где предполагается что происходит полное испарение объема, Eabl=2.52E6 J/kg), Tthres=100C – "blow-off" модели.

импульс, начиная с 2-го импульса
** Расстояние в поперечном направлении от зоны абляции до точки где максимальная температура хотя бы в какой то момент времени достигла 50С

не подвергающаяся излучению

20мкм

внешние границы расчетной области
(T=36.6C)

Ось симметрии

Адиабатическая внешняя граница

(расходимость преднебрежимо мала, ослабление за счет поглощения, по экспоненциальному закону)

число элементов в текущей сетке – ~5000

Eimp=1J/cm2

Случай 9: Eimp=10J/cm2

cm-1

Случай 6: α=4000 cm-1

Tper=0.3ms

Случай 7: Tper=10ms