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Absorption von Laserstrahlung

Wie in Kapitel 6.1.1 gezeigt wird, hat die horizontale Verteilung der Laserleistung P, beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche, einen gau\3förmigen Querschnitt der Form
 equation2289
mit einer Breite tex2html_wrap_inline13960mm (6.1). Die Laserstrahlung dringt in die Wasseroberfläche ein und wird dort mit zunehmender Tiefe absorbiert. Nach Gleichung (2.34) ergibt sich die Leistung an einem beliebigen Punkt (x, y) in einer Tiefe z zu
 equation2296
Die Eindringtiefe tex2html_wrap_inline12428 der Strahlung bei tex2html_wrap_inline13968m beträgt tex2html_wrap_inline13970m (Tabelle A.1). Aus (4.26) und (4.27) erhält man insgesamt die Verteilung der Laserleistung in einem Wasservolumen als
 equation2304
Der Parameter tex2html_wrap_inline13972 lä\3t sich aus der Normierung berechnen. Die im gesamten Wasservolumen deponierte Leistung mu\3 der Gesamtleistung des Lasers (tex2html_wrap_inline13974=17.3Watt) entsprechen:
 equation2312

Mit den beiden Integralen ([Gradshteyn, Ryzhik, 80])
equation2323
liefert Gleichung (4.29):
equation2336

Damit ergibt sich die in einem Volumenelement dV deponierte Laserleistung zu:
 equation2340

Die Wärmemenge dQ, die einem Volumenelement dV am Punkt (x, y, z) während eines Zeitintervalles dt zugeführt wird, berechnet sich zu
 equation2353
Aus (4.30) und (4.31) ergibt sich die Erwärmungsrate
 eqnarray2360
Dieser Wert stellt den Quellenterm der Transportgleichung (4.4) für die Simulation des Lasers dar. Er beschreibt die Temperaturänderung pro Zeitschritt an einem bestimmten Punkt des Simulationsvolumens. Die Implementierung für ein diskretes Gitter wird in Abschnitt 5.3.2 beschrieben.



Horst Haussecker
Tue Jan 14 19:32:36 MET 1997