单路倍频组件在惯性约束核聚变装置中起频率转换作用,是高能激光装置的重要部件之一,其内部高等级洁净度的保障和维持将极大地影响光学元件的使用寿命和高能激光装置的长期稳定运行。为避免严重的油污染,单路倍频组件内部设计为1000Pa低真空条件。然而单路倍频组件是整个光路中承受倍频激光通量最高的部件,其内部的光学元件和其它金属结构件因长期激光辐照不可避免的会发生激光损伤,由此产生的颗粒污染物还会导致光学元件表面产生二次损伤。因此,在低真空条件下保障并维持单路倍频组件内部的超高洁净度对提高光学元件使用寿命和高能激光装置负载能力具有重大意义。本文对单路倍频组件展开研究,基于计算流体力学对单路倍频组件内部1000Pa低真空条件下的气体流动状况进行研究。通过流体仿真对动态平行气流冲扫系统和风刀防护系统进行结构优化设计,在单路模型内部形成稳定平行气流组织形式,从而实现低真空条件中光学元件表面的防护和洁净以及组件内部高等级洁净度的保障和维持,避免光学元件表面的损伤并提高激光装置的负载能力。首先通过理论计算对单路模型内部低真空条件下的气体流动状态进行判别,确定了内部气流在低真空条件下为低速可压缩的连续流。对单路流体计算域模型进行流体域抽取和网格划分等仿真前处理,确定采用动态平行气流冲扫系统与风刀防护系统共同作用的洁净方案,并确定了采用稳压箱两侧进风、回流腔两侧出风的冲扫方案,为平行气流组织形式的形成和洁净结构的参数优化设计奠定基础。其次,基于计算流体力学,利用控制变量法对动态平行气流冲扫系统进行仿真研究和优化设计,以光学元件表面平均流速、湍流动能、湍流强度和涡量等为量化指标,研究动态平行气流冲扫系统各参数对单路模型内部流场参数的影响规律,并确定了冲扫系统参数的设计参考值。研究认为稳压箱高度为120mm、回流腔高度为160mm、整流板和回流板厚度为20mm、整流孔孔径为Φ10mm、整流孔孔间距为45mm、回流板开孔率为60%的结构设计,有利于单路模型内部低真空条件下平行气流组织形式的形成。最后,对低真空环境中颗粒污染物的衰减规律进行了探讨,通过计算粒子最大衰减距离确定了高速风刀不仅需在光学元件表面起防护作用,还需对大直径粒子起冲扫去除作用。对低真空中风刀自由冲扫风幕和风刀冲扫光学元件表面形成风幕的形态和速度变化规律进行研究。在此基础上对光学元件框架上的导风槽开设尺寸进行研究,为保证高速风刀的气流通过率,确定上导风槽开设宽度为12mm,下导风槽开设宽度为30mm。在仿真研究基础上,设计了真空实验容器,并针对低真空中风幕的速度衰减规律以及随脉冲次数增加风刀对光学元件表面不同直径粒子的冲扫去除效果进行了实验设计。