随着航空航天及汽车工业的迅猛发展，发动机及涡轮叶片等零部件对精微孔的制造提出了大深径比、微小孔径、任意孔型等要求。与传统的机械打孔、电火花打孔工艺相比，多脉冲激光打孔技术具有能量密度大、辐照区域小、能量时空传输可控、易于自动化等优点，广泛应用于上述零件的喷油孔、冷却孔等精微孔的制造。当采用毫秒激光进行多脉冲激光打孔时，基体会产生熔化、蒸发、溅射等物理现象。溅射可以使得基体在短时间内产生大量的质量迁移，因此加工效率较高；此外，脉冲激光能量的时空传输特性高度可控，因此可以在一定程度上对成孔孔型调控，加工质量相对较高。由于毫秒激光打孔技术具有高效率、成孔质量可控的特点，在航空、航天、汽车、医药等领域的精微孔制造有着广泛应用。毫秒激光打孔过程产生了熔融物质，是产生溅射这一高效质量迁移方式的必要条件，但也是匙孔演化过程中产生堵塞等缺陷的主要原因之一。不论是质量迁移方式，还是匙孔演化过程，均与熔池动力学行为息息相关。因此，多脉冲激光打孔过程中的熔池动力学行为及其影响机制，是调控成孔质量的关键科学问题。针对这一科学问题，本文搭建了原位观测实验平台，提出了多相流/多物理场耦合模型。结合实验观测以及数值模拟方法，探讨了多脉冲激光打孔过程的质量迁移机制、匙孔动态演化机制以及激光能量传输影响机制，主要研究内容如下：

首先，通过搭建原位观测系统并结合理论分析，系统的讨论了多脉冲激光打孔过程中的质量迁移机制及其影响因素。原位观测结果表明，质量迁移方式及质量迁移效率发生了变化。质量迁移方式发生了熔融喷溅向蒸发去除的转变，并依据质量迁移效率的大小，将多脉冲激光打孔过程分为快速打孔、线性打孔以及缓慢打孔三个阶段。通过理论分析结合解析模型得出，质量迁移效率的转变受到焓变数的影响。若焓变数大于12，则质量迁移效率较高，此时处于快速打孔阶段；若焓变数大于8且小于12，则质量迁移效率降低，此时处于线性打孔阶段；若焓变数小于8，则质量迁移效率很低，此时处于缓慢打孔阶段。

随后，提出了自主开发的多相流/多物理场耦合数值模型，系统的讨论了匙孔动态演化规律及其影响机制。通过原位观测手段及数值模拟方法，证明了在多脉冲激光打孔过程中，匙孔形貌的动态演化受到熔融物质流动的影响。此外还指出了在多脉冲激光打孔的不同阶段，熔融物质流动模式发生了转捩，其转捩过程受到熔池驱动力的影响。系统讨论并解释了不同阶段激光加载以及停止时，熔池动力学行为对熔融物质流动状态的影响机制。

进一步通过数值模拟方法，讨论了激光能量的时、空传输特性对熔池动力学行为的影响。并且发现堵塞形貌的产生及消失，受到熔融物质流动状态的影响。在不同的时空传输特性条件下，其影响机制也不同。数值结果表明，在正离焦情况下产生了锥型形貌，匙孔深度的演化速度较慢，熔融层较薄，几乎很少在匙孔内部产生堵塞；在负离焦情况下产生了双曲型形貌，匙孔深度的演化速度较快，熔融层较厚，很大概率会在匙孔内部产生匙孔堵塞形貌；在脉冲间歇时间较长时，匙孔内的熔融物质在脉冲周期结束时基本完全冷却，没有匙孔堵塞产生或者产生后随即消失；若脉冲间歇时间较短，则正离焦情况下堵塞产生于匙孔入口处，负离焦情况下匙孔堵塞往往产生于匙孔中部或底部。

本文的研究结果阐述了质量迁移、匙孔形貌的演化规律，讨论了激光能量时空传输特性对熔池动力学行为的影响机制。首次系统的研究了多脉冲激光打孔过程中的熔池动态演化机理，并阐述了脉冲时序、熔池驱动力、熔融物质流动以及匙孔成孔质量之间的相关关系。对实现高效率、高质量的精微打孔在工程实际应用有着重要指导意义。