针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题, 初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料, 并以kW级氧碘化学激光器为原型, 以聚酰亚胺为例, 对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,以验证此种非金属无加热喷管的可行性。结果表明：与金属喷管相比, 非金属喷管在不加热保温的情况下能够有效阻止热量传递, 防止碘蒸气冷却凝结, 满足激光器喷管的使用要求。

介绍了一种用于“阳”加速器的超音速单壳层喷气Z箍缩负载。利用快响应压力探针对喷气负载产生的超音速流场进行了测量,获得了流场中各个位置的冲击压力以及超音速喷嘴前端的驻室压力,结合流体力学公式,给出了流场中的压力和密度分布。气流的径向密度剖面显示,气体壳层的位置随轴向位置的变化而存在差异,并且随着到喷嘴距离的增加,轴心处的气流密度不断增加。对密度分布的径向积分结果表明,气流在靠近喷嘴处的线质量密度最大,距喷嘴越远,线质量密度越小。利用单壳层超音速喷气负载,在“阳”加速器上进行了喷气Z箍缩内爆实验,对内爆过程进行了初步分析,并利用雪耙模型计算了等离子体壳层的内爆轨迹,计算结果与实验测量较好地符合。

为了得到具有优良的射流流场激光喷嘴, 设计了一种组合型超音速喷嘴, 建立了该喷嘴计算流体动力学(CFD)分析所需的控制方程。其中湍流模型采用标准k-ε方程, 计算网格采用三角形非结构网格。基于有限体积法对控制方程进行离散并采用耦合式求解器求解。利用SIMPLEC算法解决速度与压力耦合问题, 进而实现对喷嘴流场分析。分析结果表明超音速喷嘴最佳入口压力就是其设计压力(7×105 Pa), 此时其射流流场特性最好, 适合于高速、大厚度激光切割。将CFD分析结果与已有纹影图实验方法的结果进行对比, 发现二者具有较好的一致性, 证明了CFD方法的可行性。

对简易折线缩放喷嘴和基于霍耳(Hall)设计方法的复杂喷嘴外流场中压力分布,以及马赫盘位置变化等特性进行了分析。详细比较了这两种喷嘴气流场动力学性能之间的差别，揭示了两种喷嘴动力学性能的差别随工作压力增加越来越小的趋势。分析表明在高压状况下为减少激光切割的成本，用简易折线结构超音速喷嘴替代复杂流线结构喷嘴是可行的。

建立了自由射流模型，采用了可压缩流体轴对称N-S方程和RNG k-ε模型，重点分析了出流为欠膨胀波时的马赫盘(MSD)结构。对出口静压为6.145×105 Pa的自由喷射外流场进行数值仿真，描述了不同出口马赫数时的射流场结构，分析了马赫盘与喷嘴出口马赫数之间的关系，揭示了随着出口马赫数的增加，马赫盘的宽度呈现出收敛趋势，表明超音速喷嘴设计在保证常用工作压力时不出现过膨胀的情况下应适当提高出口马赫数。揭示了实际切割过程中，随着出口马赫数不断增大，马赫盘将收敛于一固定位置。对求解模型进行流场可视化对比验证，证明了仿真结果的准确性和结论分析的有效性。

利用双压力传感器的方法测量了喷气Z箍缩负载的气流马赫数.测量得到的气流马赫数最高可达到4.25,它和定常计算的结果4.8很接近,这表明可以用定常计算来估算喷气Z箍缩中超声速喷嘴产生的气流马赫数.

喷气Z箍缩的负载参数(如质量线密度及半径)必须和脉冲驱动源的电流 (幅值和上升时间)相匹配.作者利用微型快速电离规测量了喷气Z箍缩中超音速喷嘴产生 的气体负载的密度分布,并由此得到了负载质量线密度为43μg/cm,这符合原定的喷嘴设计指标.