激光切割具有切割质量好、切割速度快、自动化程度高、切割材料范围广等显著优点。由于受到激光器功率的限制,单纯的激光辐照能尚不能提供高效切割中厚金属板材所需的全部能量。而氧助激光切割过程中除了激光辐照能外,金属材料也因发生了燃烧氧化反应而放出更多的热量,两个热源的综合作用使得金属连续熔化,然后被高速氧气流吹走而实现高效切割。氧助激光切割在船舶、工程机械等所需中厚钢板的切割上具有很好的应用前景。本文讨论目前激光切割辅助气体流场和氧助激光切割机理的研究现状及发展趋势,建立氧助激光切割辅助气体撞击射流三维模型,分析氧化反应对流场结构和特征的影响规律,研究切割参数对切缝中气体动力学特性和流场结构的影响,具体研究内容如下:首先,描述了激光切割区域和切缝结构,利用三维可压缩流动的雷诺平均N-S方程、SSTk-ω湍流模型以及切割区域的传热方程,建立了包含切缝的激光切割撞击射流三维对称模型,利用有限体积法对收缩喷嘴的撞击射流进行数值模拟。分析辅助气体的平面对称撞击射流过程,研究气体与工件之间的相互作用机理。对气流场的结构进行了分析,阐述了气流压力、速度、剪切力和质量流率等的分布情况。对有无加入氧化反应的仿真结果进行对比,揭示了氧化作用对切缝底部流场结构产生的扰动作用,以及对压力、速度和剪切力的削弱作用,证实了氧化反应是氧助激光切割CFD建模中的重要影响因素。研究不同的氧气压力和工件距下的流场结构及特征量变化情况。发现随着气压的增大,切缝中的气流将愈加倾斜,而其在切缝底部产生的剪切力并没有相应增大;增大工件距时流场的流线更为发散,气流速度和剪切力下降,不利于切割。设定不同的喷嘴工件距、氧气压力和切割速度,研究了切割参数对切缝宽度和条纹波长、频率的影响以及对切缝表面形貌的影响规律。实验验证了理论和仿真分析结果,也为进行切割参数优化提供实验数据。最后,论文对所做的工作进行了总结,并对今后的进一步研究方向进行了展望。