冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一，炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式，当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题，仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件，搭建了一套激波管出口流场诊断系统，将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合，完善流场特征诊断与分析方法。研究表明，该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像，通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制，可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征，以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性，该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。

直流-射频（Direct Current-Radio Frequency，DC-RF）混合等离子体具有高温、高化学活性等特点，在核用超细粉末材料制备领域有着广阔的应用前景。对这种混合等离子体的特性进行研究，可以为等离子体发生器装置的设计及稳定运行提供参考。本文采用k-ε湍流模型，对DC-RF混合等离子体发生器内的热等离子体的温度及流场空间分布进行模拟，并在此基础上分析了各工作参数对混合等离子体流动及传热特性的影响。模拟结果表明：提高DC弧电流、增大反应气及冷却气流量均能减弱混合等离子体发生器入口处的回流效应；提升RF线圈电流则能增加RF线圈附近的等离子体温度及高温弧区面积，但过大的气流量及过高的线圈电流会对发生器装置的正常工作产生不利影响。因此，需要合理调节各种工作参数来改变混合等离子体的流场分布，从而在保证装置稳定运行的前提下满足不同材料处理的需求。

天文导航是一种重要的飞行器自主导航手段。在高速飞行器上进行的观测，不可避免地会受到窗口外侧高速流场的扰动，使得星敏感器捕获的星点图像出现偏移、模糊等退化现象，影响天文定位定姿精度。对星图退化的计算和校正的研究多基于计算机仿真结果。文中建成了一座可在实验段中生成马赫2.5/3.5混合层结构的小型静风洞，以直径10 m的室内穹顶上的仿真星点为观测对象，透过实验段中不同位置的流场进行了星点观测和中心点解算，获得了星点图像受到流场扰动的数据，并将其与计算机仿真结果进行对比。结果表明：导航星光偏折量高于计算机仿真的估计值。在喷口近端，高速混合流场对星光偏折的扰动较大，垂直流场方向的偏折均值小于0.5″，沿流场方向偏离均值为3.85″，最大接近4.89″；在喷口远端，垂直方向星光偏折均值为−1.36″，沿流场方向偏折均值约−0.49″，最高达−2.69″。近端星光偏折变化幅度较小，稳定性较远端更强，有利于建模校正。该实验对校正仿真模型、优化高速流场下的天文定姿精度有着重要的意义。

紫外光学元件损伤动力学的研究是关联物质微观结构演化与光学元件宏观性质变化的重要纽带。在光学元件后表面损伤坑形成的过程中，激光能量沉积导致材料爆炸形成高温高压物质突破表面，并伴随形成爆炸流场和喷溅射流。爆炸流场与初始起爆强度具有强关联性，对爆炸流场及喷溅行为进行研究，可以帮助分析损伤初期的材料状态变化和响应机制，是损伤动力学研究的必需环节。基于多种时间分辨成像技术，捕获了损伤发展前期的材料电离和气化响应演化行为，分析了材料损伤起爆后气化电离等过程的弛豫时间，并确定各个行为转化的关键时间节点，描述了损伤区域能量快速释放的物理过程。

烧蚀效应是高超声速飞行器目标特性分析评估中的重要问题之一。基于高温反应气体动力学方程与辐射输运方程，建立了飞行器表面防热材料热化学烧蚀流场及其红外辐射特性的计算模型和方法。以钝锥体弹头外形及其表面防热材料碳-碳为对象，研究了材料烧蚀效应对再入目标流场红外辐射特性的影响，分析了再入体烧蚀流场及尾流在不同波段红外辐射的分布特征和变化规律。研究发现：典型状态计算结果与试验测量及文献预测结果一致，表明烧蚀流场及红外辐射模型和方法的可行性；材料热化学烧蚀现象对再入流场红外辐射特性产生严重影响，使3~8 μm波段尾流积分辐射强度增加一个量级以上，并随着尾流长度增加而增大；烧蚀流场红外辐射主要来自CO、NO和CO₂等化学组分，烧蚀对1~3 μm波段流场红外辐射影响相对较弱；再入速度不变情况下，烧蚀流场在3~8 μm波段红外辐射强度随再入高度降低而增强；再入高度不变情况下，烧蚀流场在同样波段红外辐射强度随着再入速度减小而减弱。

粒子图像测速（PIV）已成为测量流体流动速度场的重要实验技术。该方法产生瞬时流型的定量表示，通常用于帮助构建复杂流动的现象学模型和数值模拟验证。PIV分析可广泛用于实验流体力学等多个研究领域。两步处理法，即自相关和互相关，已被用于检查时空流演化，可以实现作为空间分辨率函数的涡度测量和精度估计。PIV的发展与测量流场的复杂性和难度逐渐增加紧密相关。用于测量的PIV技术发展迅速，并呈现出新的趋势，主要体现在立体PIV、断层PIV、大型PIV、微型PIV、3D PIV、行人PIV以及使用高时间/空间分辨率设备。PIV在医学研究、能源燃料、燃烧、流场测量、实时过程监测、结构变形、灌溉、声学、地质学、海洋学、水资源、林业、人群监测和采矿矿物加工等各种研究领域有着广泛的应用。本文对实验室PIV发展进行全面概述，通过在工业过程和日常生活中采用PIV进行实时监控，讨论了PIV如何以精确的时间分辨率和特殊分辨率取代现有的分析成像技术。此外，还综合比较了数值模拟和目前可用的PIV分析技术。