乙腈广泛应用于医药、 化工等领域, 而乙腈属于易燃易爆化学品, 其引发的火灾事故具有极大的危害。 研究乙腈燃烧的温度场与浓度场、 火焰辐射光谱以探究其火灾污染特性具有重要实用价值。 首先采用平面激光诱导荧光技术（PLIF）与Fluent数值模拟方法, 获取了5 cm尺度乙腈池火燃烧产物NO在20、 40、 60和80 s时刻的空间浓度值, 并结合CFD与FDS仿真模拟获取了不同时刻下乙腈燃烧温度场与浓度场信息。 其次, 采用所获取的乙腈火焰温度场和浓度场数据（将火焰划分为6个热力学平衡区域）, 并基于HITRAN数据库内高温气体分子吸收系数与火焰总体辐射传输方程构建了乙腈火焰光谱辐射模型。 再次, 将所得乙腈浓度场与温度场数据代入火焰光谱辐射模型, 模型模拟计算结果与相同条件下乙腈火焰光谱实测数据进行对比, 以验证模型精度, 然后再与Radcal模型进行精度对比。 最后, 利用自行构建的火焰光谱辐射模型对燃烧特征污染产物NO进行了浓度反演。 结果表明: （1）5 cm尺度乙腈池火火焰温度范围为400～1 000 K, 在池火上方60～80 mm区域温度较高, 最高温度为945 K。 （2）在20、 40、 60和80 s时刻下5 cm乙腈池火燃烧产物NO的体积分数为0.005%～0.025 5%, H2O的体积分数为0.034 5%～0.062 5%, CO2的体积分数为0.055 5%～0.085 5%。 （3）自行构建了乙腈火焰光谱辐射模型, 模型模拟值与实测值对比得出, 燃烧产物中CO2特征峰处准确度最小为86.8%, 最大为88.7%; NO特征峰处准确度最小为79.6%, 最大为84.9%; H2O特征峰处准确度最小为84.6%, 最大为89.1%。 与Radcal模型计算的光谱辐射值进行对比, 自行构建的模型计算精度提升约10%。 （4）在5.62～5.66 μm主导波段, 乙腈燃烧特征产物NO在20、 40、 60和80 s时刻下的浓度反演精度分别为76.9%、 78.5%、 94.7%和81.3%。 此研究可为探测大尺度乙腈类化学品火灾的燃烧场信息以及遥感定量反演燃烧污染产物浓度提供基础与参考。

飞机尾喷CO2浓度扩散场是飞机不可隐藏的目标特性之一,为间接探测飞机提供了可能。采用数值模拟方法对典型工况下简化飞机模型的尾喷CO2浓度扩散场进行了仿真,利用仿真数据模拟了激光雷达系统探测目标并获取CO2浓度分布的过程,对不同参数条件下激光探测系统的探测性能进行了仿真分析。结果表明,飞机尾喷CO2扩散具有可探测性；选择合适的激光发散角、扫描角间隔和空间积分距离可探测到飞机,且在参数组合(0.5 mrad,4.4°,20 m)和(5 mrad,4.4°,20 m)下计算得到CO2浓度扰动中心与设定目标间的距离为2.9 m。本研究可为实际应用提供参考。

基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)技术及修正型代数迭代算法(Algebraic Reconstruction Technique, ART)，选择频率为7 153.7 cm^-1 和7 154.3 cm^-1 的H₂O 吸收线作为测温谱线，测量了CH₄/Air 预混平面火焰炉燃烧场温度和H₂O 气浓度分布。仿真采用1 000 pixels×1 000 pixels 个像素点描述方形模型区域，假设40 条光束从两个方向正交通过重建区域，通过引入初始分布并经修正型ART 算法计算和三次多项式插值处理，温度场重建偏差在4.5%以内，H₂O 气浓度场重建偏差在4%以内。实验采用导轨和转台实现探测光对稳态燃烧场两个方向上的平行扫描，共获取24 路光束吸收信号，经修正型ART 算法重建和三次多项式插值处理得到整个火焰炉燃烧区域的温度场和H₂O 气浓度场分布。将温度场重建结果与热电偶的测量结果进行对比，表明该方法能够有效实现燃烧场温度二维重建。

基于TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术, 以水汽作为目标气体, 采用直接吸收的测量方式, 探测了甲烷空气预混平焰炉燃烧区域水汽的吸收光谱信号, 通过ART(algebraic reconstruction technique)代数迭代算法对燃烧场温度和水汽浓度分布进行了模拟重建和实验研究, 模拟重建采取5×5共25个网格的正方形重建区域, 假定25个网格的一个温度浓度二维分布, 模拟28条激光束从不同的角度方位穿越重建区域, 得到模拟射线下的投影值, 经ART算法重建, 结果显示温度场和水汽浓度场的重建偏差均在1%以内。 实验采用分布反馈式激光器作为光源, 选取H2O的7 153.722, 7 153.748和7 154.354 cm-1三条吸收线作为测温谱线, 其中前两条线不区分作为一条吸收线来处理。 使用平移台多方位平行扫描, 共获取30路光谱吸收信号, 经数据处理、 算法重建和双线比值法测温原理得到了圆形平焰炉16个不同区域的温度浓度值, 且炉面偏向中心区域温度浓度值较高, 边缘较小, 结果表明代数迭代算法能够很好地实现燃烧区域温度场和水汽浓度场的反演。

研制了一套低功率、便携、便宜、高精度的粉末流场检测系统,能对激光再制造中同轴送粉条件下金属粉末流浓度场进行检测,能适应激光机器人修复的需要。该系统主要包括532 nm,100 mW半导体激光器,片光透镜,CCD相机和检测分析软件。实验结果表明,该系统对金属粉末流浓度体积分布检测与理论计算结果有较好的一致性,能有效地指导同轴送粉嘴的设计和机器人在激光再制造中粉末流参数的测定。

激光制造同轴粉末/载流气体两相流中存在动量、质量和能量传输等物理过程，它们直接决定激光制造的质量和精度。 重点报道国内外粉末流中动量和质量输运方面的综合研究结果：提出了激光同轴送粉二相流物理模型;根据气体/固体两相流理论建立了动量质量传输方程,开发了基于FLUENT的计算机模拟专用软件; 建立了基于DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)的气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场检测方法，开发了图像处理专用软件; 完成了气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场的数值模拟和试验检测。结果表明：理论模拟和试验检测结果基本一致。

The coupled numerical simulation on fluid flow, heat transfer, and mass transfer in the process of laser cladding is undertaken on the basis of the continuum model. In the simulation of mass transfer in the laser molten pool, the concentration distribution in the regions on different sides of the interface between cladding layer and substrate is calculated separately and coupled at the co-boundary. The non-equilibrium solute partition coefficient is obtained from equilibrium solute partition coefficient according to the Sobolev model. By using the developed software which is based on the commercial software PHOENICS 1.4, the distribution of Fe in laser molten pool in an experiment of cladding Stellite 6 on 12CrMoV is calculated. The obtained results well coincide with the experimental ones.

研究激光同轴送粉中金属粉末流场的分布特性,对指导激光制造技术应用具有直接指导意义。重点研究了激光制造中同轴送粉条件下金属粉末流的浓度场,建立了同轴送粉嘴金属粉末流的浓度场理论模型,开发了一种新型数字粒子图像检测系统检测粉末流浓度场。该系统主要包括Nd3+:YAG激光器和CCD相机。它具有非接触测量、检测速度快、能同时给出流场的三维信息等特点。实验结果表明,粉末流的聚焦参数和浓度场分布可以通过数字粒子图像检测技术进行检测,为指导同轴粉嘴设计和激光制造粉末流参数测定提供了新的手段。

从湍流大气中粒子运动方程出发,探讨粒子运动与大气湍流之间存在的相互关系,结果表明粒子运动张弛时间τ值越大,粒子惯性的相对作用就越大,大气湍流越难带动粒子,此时粒子运动与大气运动的差别越大。采用物理图像分析,建立简单的数学模型,求解并获得了有限空间气溶胶浓度场函数表达式,并进行相应的数值分析。根据短时间内能见度仪的实验探测数据,得知在光的传输路径上,大气气溶胶浓度场的变化将对光的强度、相位的起伏造成影响。

采用有限差分法(FDM)对使用Cz(Czochralski)法生长Nd:YAG激光晶体过程中熔体内和晶体内Nd 3+浓度场进行数值模拟研究。首先给出了Nd:YAG晶体生长系统的数学模型，然后对上述数学模型进行无量纲化处理，最后给出相应的边界条件，使用有限差分法求解上述方程。应用上述方法编制仿真程序，仿真了改变工艺条件后熔体内和晶体内Nd3+浓度场的变化情况，分析了各种工艺条件对上述场量变化的影响。