采用高功率半导体激光端面泵浦技术，在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度，引起热透镜效应，降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真，建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程，研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46 μs、重复频率为1 kHz时，均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm^-1，其中心轴沿通光方向的温度由185 ℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26 ℃；相应地，每经过2 mm，温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5 ℃/mm。与此相对应，本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构，每段厚度均为1 mm，总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm^-1，则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5 ℃，在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。

基于可调谐激光吸收光谱的二维温度和浓度分布重建对于燃烧诊断具有重要意义， 而数值迭代算法在温度和组分浓度的重建中起着重要作用。 通过对比发现自适应迭代算法和最小二乘QR分解算法对于重建二维温度和气体浓度分布具有很好的优势。 研究表明， 波长7 154.35， 7 153.75， 7 185.60和7 444.36 cm-1四条H2O的吸收谱线， 非常适合测量高温预混火焰中的温度和水蒸气浓度分布。 与7 444.36, 7 185.60, 7 154.35和7 153.75 cm-1处的吸收谱线相比， CO2和CH4的光谱吸光非常微弱， 在该波段O2和CO基本没有吸收， 因此燃烧环境中CO2， CH4， O2和CO等气体对于H2O吸收谱线基本没有影响。 通过比较不同算法的最优松弛因子、 计算时间和重建误差等， 发现与最小二乘QR分解算法相比， 自适应迭代算法具有更好的重建质量和更短的计算时间。 在自适应迭代算法的基础上进一步比较了不同吸收线对(7 444.36和7 185.60， 7 154.35和7 153.75 cm-1)在射线束为16， 32， 48和64时的二维重建结果。 结果表明， 采用吸收谱线7 153.75和7 154.35 cm-1得到的重建结果优于吸收谱线7 185.60和7 444.36 cm-1的重建结果。 随着激光束的增加， 重建结果越来越接近模型假定的温度和浓度分布。 考虑到有限的测量空间和重建精度， 分析认为32束的光路布置更适合实际火焰的二维温度和浓度重建。 为了分析自适应迭代算法对不同温度和浓度分布的重建能力， 进一步模拟了双峰温度和浓度分布。 结果表明， 随着射线束的增加， 温度的重建误差总是大于浓度的重建误差， 表明射线数对温度的影响更为明显。 在双峰分布中， 投影射线束为16时的重建误差最大， 但此时的重建结果也能反映温度和浓度的分布趋势。

为了解决热作模具表面磨损并导致失效的问题,基于ANSYS APDL软件,采用数值模拟的方式在热作模具上施加高斯热源,并利用生死单元法将H13合金粉末进行熔覆。通过温度场和应力场对工艺参数进行优化选择,对优化后的工艺参数进行实验验证,并对涂层进行了性能检测。结果表明,所选参数范围内的模拟最优参数为激光功率1200 W,扫描速率12 mm/s,模拟结果与实际涂层的形貌和温度分布较为接近; 数值模拟中的热影响区以及结合区与实验制备的结果高度一致; 测量熔覆层的深度为0.13 mm,与模拟得到的深度为0 mm~0.2 mm相应证,进一步说明了模拟结果的可靠性; 熔覆层的硬度以及耐磨性得到极大的提升,分别是基体的3倍和28倍以上。此研究结果为强化和修复热作模具提供了参考。

为了探讨1维微尺度热传导模型不同激光能量对石墨转化纳米金刚石相变机理的影响，采用基于密度泛函理论的分子动力学方法模拟优化后的石墨结构，用有限差分法计算了激光辐照石墨表面的温度分布; 基于sp3杂化键可以明显地区分金刚石和石墨结构，根据能量耦合得到不同激光能量条件下辐照石墨的态密度带隙，研究了碳原子键合条件。结果表明，只有当激光能量达到5 J时，才能形成少量sp3杂化碳原子; 随着激光能量的增加，液相下受辐照的石墨表面的温度随之增加，碳原子中的自由电子更容易移动到成键分子轨道，电子的电负性增强，从而增强sp3键的极性，并有助于将sp2键转变为sp3键。该研究结果对在液相激光辐照下提升纳米金刚石制备效率、探究纳米金刚石制备机理有重要的现实意义。

本文使用Fick扩散模型对陶瓷坯体的干燥过程进行了模拟，在实际干燥工艺参数数值范围内，分析了热风速度、温度和相对湿度三个因素对陶瓷坯体内部温度、含水率和干燥速率的影响。结果表明，增加热风速度能够加大坯体表面区域的水分散失速率，但对坯体内部含水率变化影响较小；提高温度能够显著增加坯体内部的干燥速率，当温度从35 ℃增加至75 ℃时，最大干燥速率的变化幅度为46.34%；相对湿度对坯体平衡含水率影响较大，当相对湿度从5%增大至85%时，平衡含水率从0.8%增大至5.1%(均为质量分数)，提高相对湿度能够改善坯体干燥均匀性，保证坯体干燥质量。模拟和试验数据基本吻合，计算结果将为进一步深入研究陶瓷坯体干燥的传热传质过程，以及后续干燥曲线的优化提供理论依据。

提出了一种基于双波长莫尔和发射层析的双温折射率模型，可实现等离子体电子和气体温度的同时测量，并从理论上讨论了该模型的合理性和优越性。选择不同压强下的氩弧等离子体进行实验，利用双波长莫尔层析技术测量折射率分布，探测波长分别为532 nm和808 nm，而氩弧等离子体的区域划分基于发射层析技术，最终实现了电子和气体温度的重建，以此验证了双温折射率模型的可行性，并分析了可能影响精确度的因素。本研究结果有助于扩展光学层析技术的适用范围，同时可以更好地进行等离子体流场的光学诊断。

为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H₂/NF₃（或D₂/NF₃）的混合燃烧特性，搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H₂/NF₃燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析，光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域，H₂/NF₃燃烧火焰的自发光主要由N₂（B）、NF（b）、NH（A）等电子激发态分子的辐射跃迁产生，其中N₂（B）和NH（A）是燃烧过程中的关键物质成分，其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度，可以用于定量测定燃烧火焰的长度；在近红外光谱区域，H₂/NF₃燃烧火焰自发光的光谱主要由HF（v）振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF（v=2→v=0）谱带的转动结构强度分布，结合电动平移台，给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数（NF₃与H₂的流量之比）对燃烧火焰温度分布的影响，结果显示：当气体配比系数较小时，燃烧室内气体温度沿气流方向下降得较为平缓；随着气体配比系数逐渐增大，气体温度沿气流方向下降得越来越快。燃烧火焰长度和火焰温度分布测量结果表明，燃烧室内的化学反应可能分为两个过程：一个是H₂/NF₃剧烈快速燃烧过程，此过程非常快，几乎一混合便立刻燃烧；另一个是过量NF₃在高温下的热解离过程，此过程相对较慢，并且温度越低NF₃的热解离越慢。因此，当NF₃的占比较大时，需要较长的燃烧室滞留时间才能使过量的NF₃充分解离为氟原子。

为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度Hb=2mm、单个微通道高度Hc=4mm和宽度Wc=0.4mm、两微通道的间距Ww=0.3mm时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达50000 W/（m² ·^K）。