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气流化学氧碘激光(简称为COIL)由于其优越的性能,在国防和工业方面均具有广阔的应用前景,过去二十年来得到了飞速的发展.由于增益饱和规律对COIL的性能预测具有重要的影响,而COIL计算中常用的速率方程(RE)模型在考虑谱线的非均匀加宽特性等方面存在很大的局限性,因此该文将气流化学激光性能计算的跨尺度模型—半气体动理学(SGK)模型从振动—转动跃迁激光拓广到电子态跃迁氧碘激光,把它和文献上已有的速率方程模型和低压极限模型,用于COIL的性能分析和计算,从模型的物理内涵和计算结果两方面作了比较.并将化学动力学模型、增益饱和模型、非平衡气体动力学模型、增益等于损耗的光腔模型等诸模型相结合,数值计算了COIL的功率光强等性能特性.在分析和计算的基础上,讨论了饱和模型不同对COIL性能预测的影响,初步探讨了COIL可调参数的优化问题.详细内容包括:1.通过对流动和化学反应动力学的简化、并采用等增益光腔模型等,利用已有的速率方程(RE)模型和低压极限模型进行了COIL的性能分析和计算,考虑了诸多参量(如加宽常数、频移和输出耦合等)的影响.2.将气流化学激光性能计算的跨尺度的半气体动理学(SGK)模型从振动—转动跃迁激光拓广到电子态跃迁氧碘激光,应用于对流场和化学反应动力学简化后的COIL的性能分析和计算.结合试验、理论和计算,把SGK,RE和低极限模型共三种模型作了分析和对比,得到了一些新的结果.在计算可调参数对COIL怀能影响的基础上对参数优化问题进行了讨论.3.在对流场和光腔模型进行简化的基础上,利用文献已有的RE模型和该文推广得到的SGK增益饱和模型,耦合化学反应对COIL的性能进行了分析和计算.该计算考虑了碘的分解和不同化学反应体系对COIL功率输出的影响.4.对COIL的流场进行了二维可压缩层流Navier-Stokes计算,得到了COIL化学非平衡流的流场分布.通过考虑不同水蒸气含量,不同氧产率以及以碘原子代替碘分子作为副流等多种入口边界条件的计算,给出了不同入口边界条件对温度、压力、速度、组分浓度、反应和混合进程以及小信号增益分布的影响.这些结果表明入口诸条件的改变对流动和混合有明显的影响.5.将低压极限、RE和SGK等增益饱和模型分别与非平衡流动NS方程相结合,计算了功率、光强以及饱和度等沿流向的变化规律,得到了增益饱和模型、入口条件、阈值增益的不同对输出功率、光强等光场量预测值的影响.