受化学氧碘激光器(COIL)高效率小型化及新型压力恢复技术发展的推动，考虑COIL中气体氧的低温吸附问题。从质量守恒观点出发考察了气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系，建立了吸附剂吸收的物质与气流中物质关系的吸附平衡方程。由吸附物较少的特点，得出在确定的压力梯度下速度为常数的近似。由吸附平衡方程与吸附速率方程，构成低温吸附模型方程，其中，亨利等温线方程作为辅助关系。对低温吸附模型方程作数值求解，得到了气流中氧质量浓度及吸收的氧质量浓度随时间变化的规律，以及这些质量浓度分布的长时间渐近特征。

在开发的化学氧碘激光器3维化学反应流程序中增设水汽凝结功能,模拟了以氦气和氮气作稀释气体条件下,基于RADICL装置喷管中含水汽凝结的流动.模拟结果给出了水汽凝结形成的5种尺寸液滴的数密度分布及流场各物理量分布,比较了有无水汽凝结时气流的压力、温度、增益分布的变化.模拟结果发现,凝结使气流温度在靠近喉部的下游升高,增益峰值增高.

对氧碘化学激光(COIL)系统的喷管和扩压器进行了3维数值模拟,对比分析了几种喷管和扩压器的设计方案,计算了从光腔入口到扩压器出口的气动力学过程.光腔内主副气流借助翼片辅助方法实现充分混合,翼片长0.77 cm,宽0.254 cm,满足气流混合要求.扩压器是1/4结构,即计算区域为入口截面高30 mm、宽60 mm的长方型,之后等截面延续500 mm,然后宽度仍然不变,高度以4°角扩张,延续700 mm,最终的出口截面高度为79 mm.采用空气入射,入口处(光腔出口)马赫数3.2,静压1 232 Pa,温度110 K;计算得到出口处总压13 300 Pa,总温300 K.结果表明:出口静压超出入口静压近10倍,该扩压器很好地起到了压力恢复的作用,而总压下降到1/4.5左右(从60 648 Pa到13 300 Pa),从而能够减轻后续的引射器的工作压力.利用高光腔压力设计可以减少一级引射器,达到整个系统小型化设计的目的.

应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟.给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点.结果发现:氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快.模拟结果提示:改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善.

在氧碘化学激光器(COIL)中, O2(1Δ)与I的近共振传能反应是一个放热反应;它与水汽等的猝灭放热反应一样会对激射过程产生不利影响,而且是不可避免的。计算了猝灭放热效应对光腔气动特性输出功率的影响。得到了近共振传能放热的大小与粒子数反转和激射的光子数相关,即与光腔内的增益、光场强度分布成正比,故主要发生在激光器的上游区前半部分。模型计算表明,其影响程度大致相当于7%水汽所致的对氧碘化学激光器的影响。完善了氧碘化学激光器理论计算模型。

将气液两相耦合模型应用于射流式单重态氧发生器,通过数值模拟和实验的比较验证了该模型的可行性.分析了发生器工作参数对其动力学过程的影响,发现在保持其它参数不变的情况下,氯气和BHP溶液的相对浓度决定了发生器动力学过程的类型.给出了利用氯气吸收速率变化曲线判定发生器动力学过程类型的方法.在原有模型基础上考虑了热效应及其对模型参数的影响,计算了水蒸气的含量.模型改进后,模拟结果更接近于实验值.

建立了含相位扰动的1维流场3维物理光学负载光腔模型.选用折叠非稳腔,模拟计算了斜激波中心距光轴不同距离时以及不同强度的斜激波对腔内光场相位分布和输出功率的影响.研究表明激光输出光束质量与腔内激波的分布位置和激波的强度有密切关系,应该避免激波中心近光轴时的强扰动效应引起的光束质量退变.实验装置的计算结果再现了实验现象.

用VICON程序对化学氧碘激光器(COIL)喷管冷流场进行了3维模拟,得出的计算区几何较准确地反映了模拟装置的几何变化.主气流方向和副气流方向的分点数反映出了此2维平面内的气动特性,对不同流量的模拟结果对比分析得出穿透过度与穿透不够一样,致使主副气流混合不好.对带化学反应的情况进行了模拟,显现出副气流从喷孔出来后穿进主气流的马蹄形结构的变化过程,这些说明VICON程序可用来模拟研究COIL喷管流场特性.

采用简化动力学、增益模型,分析了常规虚共焦非稳腔和含屋脊镜折叠非稳腔这两种腔型在COIL中的应用,计算表明,折叠腔在改善COIL近场光强分布均匀性和提高近场输出功率方面明显优于常规腔.