Исследование прецизионной резки щелевых отверстий большого калибра…
15
кипения
,
T
но меньше ее, т. е.
,
T T
оценивается с помощью ба-
ланса энергии
м
м н
н
4
w
S
I
и составляет
2,6
мс, что близко
к экспериментальному значению времени импульса излучения
и
.
После нагрева приповерхностного слоя жидкой пленки до темпе-
ратуры
Т
*
начинает происходить объемное вскипание примесей
(Cr, Cu, Ni, Si, S, As), у которых температура кипения ниже, чем у
железа, и, возможно, выделение растворенных газов [16]. Этому про-
цессу, вероятно, способствуют локальные неоднородности лазерного
излучения на поверхности. Возникающий поток паров выбрасывает
навстречу потоку кислорода жидкие частицы (капли) расплава с до-
минирующим содержанием железа, распределение которых по раз-
мерам является бимодальным по экспериментальным данным [16].
Средний диаметр частиц мелких фракций
d
s
1
составляет 60 нм при их
концентрации
N
s
1
10
18
м
–3
, а средний диаметр крупных частиц
d
s
2
= 10 мкм.
Поглощая падающее на них излучение, в том числе отраженное
от жидкой пленки, малоразмерные жидкие частицы испаряются за
время
1
ж ж 1
п л
/ (3 ) 0, 2
s
s
d
I
мкс (η
п
0,35); пары имеют темпе-
ратуру, близкую к температуре кипения 3 100 К, и концентрацию
n
Fe
9
10
24
м
–3
.
В результате над жидкой пленкой образуется слой парогазовой
двухфазной смеси, состоящей из газовой смеси кислорода c концен-
трацией
2
24
O
7 10
n
м
–3
и паров железа, которые перемешиваются и
выравнивают концентрацию и температуру за время
см
~ (
l
s
)
2
/
п
10 нс (
l
s
~ 1/(
N
s
1
)
1/3
1 мкм), и крупных частиц железа (время их
испарения составляет
50 мкс). Эта смесь после быстрого смешения,
близкого к изохорическому, приобретает температуру
1 900 К и
давление
0,4 МПа, так как за время пребывания кислорода над
жидкой пленкой
п
~ 10
–5
с происходит его нагрев до температуры
1 000 К на толщину
2
п
O
4
100
мкм, а пары железа имеют
температуру
3 100 К.
В «горячей» газофазной смеси горючего и окислителя возникают
экзотермические
химические
реакции
окисления
железа
2
1 Fe O FeO
2
и примесей. Характерное время этих реакций
хим
(5…20)
10
–8
с, что меньше гидродинамического времени
гд
=
x
/
c
s
0,3 мкс (
c
s
— скорость звука) [14, 15].
Состав продуктов реакции и температура были рассчитаны в
приближении термодинамического равновесия при указанных кон-
центрациях железа и кислорода и давлении 0,4 МПа по программе
