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光纤尖端射流(微气泡)的形成机理研究

过去十多年中,光纤激光进行窥镜介入或者穿刺的微创手术被认为最有前途的外科手术之一,最新发表在《International Journal of Heat and Mass Transfer》的研究成果中,来自俄罗斯科学院与日本东北大学流体科学研究所的合作研究者,针对光纤激光治疗中常见的高速液体射流现象,借助流体体积法和OpenFOAM软件对光纤激光在水流中的汽泡溃灭过程的数值模拟计算,揭示了光纤尖端微气泡、射流形成的物理机理。基本结论包括:光纤附近速率场的球对称性破缺产生轴对称径向收敛水流,形成累积射流;射流形成的物理机制主要由气泡表面动力学决定,与驱动气泡收缩的过程无关;通过仿真射流速率的时域演化,发现通过优化光纤芯径可以获得最大的射流强度,但这个最佳值还与初始汽泡尺寸与液体温度密切相关。进一步探索其他生物液体、不同激光参数对射流影响,最终在光纤尖端形成状态稳定的最大射流,同时确保激光手术应用的安全性,有望将光纤激光更加广泛地推广应用至各种复杂外科手术场景。