Рассмотрены автоколебательные процессы при воздействии концентрированных потоков энергии (струи плазмы, лазерные, электронные, ионные лучи и т.д.) на материалы.

Предлагаемый материал может быть использован при разработке противопожарного оборудования.

Представлены основные понятия и методы теории автоколебаний. Дан обзор экспериментальных результатов, приведен их анализ на основе известных теоретических представлений. Обсуждается пространственно-временная иерархия автоколебательных процессов, механизмы неустойчивостей при интенсивном испарении материалов.

Книга предназначена для специалистов в области теплофизики обработки материалов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Использование концентрированных потоков энергии (КПЭ) (струи плазмы, лазерные, электронные, ионные лучи и т. п.) существенно расширяет технологические возможности процессов обработки материалов. Поиск эффективных режимов обработки и способов управления стимулирует исследования физических явлений при воздействии КПЭ на материалы, дальнейшее развитие классических теплофизических представлений.

Наиболее плодотворным в классическом подходе является введение понятия эффективного теплового источника для самых разнообразных процессов обработки, что позволяет выделить общие закономерности и конкретную специфику. Как параметры в эффективный тепловой источник входят тепло-физические характеристики обрабатываемого материала, характеристики технологического процесса и, естественно, характеристики КПЭ. В этом случае температурное поле является единственной независимой физической величиной, через которую определяются все остальные: движение фазовых границ, скорость протекания химических реакций, диффузия легирующих примесей и т. д. Такой подход справедлив при достаточно малых плотностях КПЭ. В этом случае все быстропротекающие процессы успевают подстраиваться под более инерционные тепловые.

При повышении плотности КПЭ ситуация изменяется. Процесс воздействия КПЭ на материал уже нельзя описать, используя только тепловые степени свободы. Из-за нагрева материала до высоких температур с большими скоростями в математическом описании процесса необходимо учитывать совместно с тепловыми степенями свободы и газодинамические, гидродинамические, плазменные, химические и т. д.

Наиболее ярко эффекты взаимодействия различных степеней свободы проявляются при наличии обратных связей, как положительных, так и отрицательных, между ними и КПЭ. В этом случае в системе возможно возникновение автоколебаний взаимосвязанных степеней свободы.

В целом динамические процессы в системе КПЭ — материал можно разбить на две большие группы. К первой группе относятся такие процессы, пространственно-временная структура которых после окончания переходных процессов в системе определяется пространственно-временной структурой источника энергии, сформировавшего КПЭ. В этом случае исследуемая система выступает как единое целое, внутренние взаимосвязи между подсистемами с качественной точки зрения отступают на второй план, на первом плане — пространственно-временная структура источника энергии. Ко второй группе относятся процессы, пространственно-временная структура которых после окончания переходных процессов определяется внутренними динамическими взаимосвязями между подсистемами. К динамическим процессам второй группы относятся автоколебания.

К настоящему времени при воздействии КПЭ на материалы обнаружено достаточно большое количество явлеиий, в которых пространственно-временная структура измеряемых параметров исследуемого процесса не соответствует непосредственно структуре КПЭ.