手术烟雾是微创手术过程中对患者和医师健康产生危害的重要来源，也是手术风险控制中的重要环节。现阶段对这一复杂流体现象的仿真在精确性和可交互性等方面都有一定局限。通过改进的涡粒子方法将传统的流体模型与基于无网格的算法相结合，实现了面向微创消融术的手术烟雾仿真。该方法将传统模型在计算烟雾流体时因数值耗散而丢失的流体细节以涡量约束力的形式重新耦合进流体方程中，实现了对包括小尺度涡在内的流体细节的还原。同时通过GPU并行加速的方法和基于患者医学图片重建的三维模型实现了可交互式的仿真。仿真结果展现了较高的真实性和流体细节，实现了良好的计算优化及程序拓展性，为未来应用中的手术规划及训练奠定了基础。

由于近红外光对于大多数生物样品具有较高的穿透深度, 因此近红外光谱技术广泛用于生物医学、化工、食品安全以及农产品等领域的无损检测, 但是多局限于生物样品的光学性质测量, 即光吸收测量.利用最新研制的近红外光扩散相关谱系统和采用脂肪乳作为生物样品的替代物, 同时测量了国产30%脂肪乳的光学特性和动态特性, 约化散射系数约为303 cm-1, 吸收系数约为0.037 cm-1, 30%脂肪乳稀释为0.85%(体积比)浓度后的布朗扩散系数约为8.40×10-9 cm2/s, 根据Stokes-Einstein关系可推算出脂肪乳的颗粒半径约为253 nm; 研究了脂肪乳随时间演化特性, 在七天时间内约化散射系数上升106%, 布朗扩散系数下降到63%, 研究表明利用近红外扩散相关谱系统的光强衰减可以获得生物样品的光学特性(约化散射系数和吸收系数), 利用光强随时间的波动可以获得生物样品的动态特性(布朗扩散系数), 因此能够更加准确的测量生物样品的性质变化, 为生物样品检测提供一种新的技术手段.

有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时, 存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法, 将20 nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中, 掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH3NH3PbBr3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明, 金纳米粒子的引入, 一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收, 增加了粒子反转数目, 另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明, 金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域, 从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.

采用二维雷诺平均N-S方程，数值模拟研究了大气条件下短脉冲激光与固体靶相互作用所产生等离子体的动力学过程。采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟，分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理；用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解。数值模拟给出了激光引发靶蒸气等离子体侧向膨胀、稀疏等二维流体动力学过程的物理图像，讨论了靶与光斑尺寸对脉冲激光冲量的影响。结果表明，不同宽度固体靶受到的激光冲量有很大差异，固体靶宽度越大，受到的激光冲量也越大。

数值模拟研究了高速气流作用下能量加载金属蜂窝板温度场。针对金属蜂窝典型单元，构造了蜂窝核细观导热数值计算分析模型。采用流固耦合计算方法，使用两相流模型和凝固/熔化模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀，较完整地模拟了能量加载金属蜂窝板的物理变化过程，计算得到了金属蜂窝板的温度分布以及烧蚀形貌。结果表明两相流方法能够较全面地模拟能量加载金属蜂窝板过程中的对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程，能获得较为合理的物理图像。

在马赫数为0.5气流条件下, 进行了激光辐照30CrMnSiA钢材料的温度测量实验。实验结果显示, 材料的温升速率和上升最高温度在有气流环境下比无气流环境下明显下降。利用数值反演方法获得了气流条件下激光加载面样品材料实际吸收热流密度变化以及温度变化。与无气流条件下的数据对比可发现, 相同温度对应的实际吸收热流密度在气流环境下大于无气流环境, 该结果是由气流条件加速样品材料的氧化影响激光金属反射率所致。