微水射流导引激光束精密加工是一项世界性的前沿技术,综合了激光加工和水射流切割的优点,具有相当优异的加工性能。同时,相对于传统激光加工方法这种技术存在着更多的影响因素。激光、水射流及工件材料三者之间的相互作用也甚为复杂。本文研究微水射流导引激光束精密打孔的动力学过程,着重从工程热物理和流体力学的基础出发对此过程中的传热及流动现象进行理论分析,首次采用Finite Volume Method(FVM)方法建立了描述其间的物理过程的数值模型。进行的研究工作和主要成果:1.建立了微水射流导引激光束打孔的三维数值模型,采用动边界实时赋值法对打孔过程进行动态模拟,将打孔过程分为三个阶段分别为初始阶段、传播阶段、冷却阶段,并分析其间复杂的热力学及流动过程。考虑了工件材料随着温度变化的热力学特性、熔化相变、材料的去除及边界的运动。分析过程中的温度分布规律,预测了孔的传播速度,获得了孔的成形规律,并定量分析水射流的冷却效应。2.双脉冲激光作为一种新型激光加工技术,比传统激光有更高的加工性能。对双脉冲激光应用于水射流导引激光打孔进行了探索,模拟其传热过程,考虑了不同延迟时间下的钻孔过程,分析延迟时间对打孔效率和加工质量的影响,得到在给定激光模式下的最佳延迟时间(对材料硅的最佳延迟时间是0.6ms),并分析影响最佳延迟时间的因素。3.对打孔过程中熔池内部的流动和传热进行了模拟和分析,得到了不同时刻熔池内的流场和温度分布,计算结果显示:孔刚形成时孔的传播速率要大于停滞区界面的传播速率;随着孔的加深,停滞区界面停止向孔的内部传播。比较了不同射流速度对熔池内传热和流动的影响,结果显示流动结构几乎不受射流速度的影响,但是高速射流具有更好的冷却效果。研究意义:提出了一种处理微水射流导引激光打孔过程中动边界的方法,通过对计算结果的分析,加深对打孔加工机理的理解,获得了影响参数间的耦合规律,得到了优化参数,为改善加工工艺、提高加工性能提供了依据。