激光在内通道中传输时,通道内的气体及光学、结构元件会吸收激光能量,使内通道中产生热积累,出口处产生像差,降低激光远场的能量集中度。本文研究激光在内通道中传输的光场、流场及热边界层耦合方法,对激光在不同结构内通道传输时产生的热效应综合分析,能够高效地对内通道光传输质量进行评估。课题基于流体力学方程组和光传输方程,利用现有的计算流体力学软件FLUENT对激光在内通道传输中的流场进行求解,然后自定义程序将光场以热源形式加入流场。建立了通用的激光内通道光场、流场耦合分析模型。首先对普通直管、周期抽气和双层抽气三种内通道结构进行分析比较,仿真结果表明,普通直管中管壁热边界层会扩散至主光路,热积累温度最高,主光路最大温升达到0.7K;周期抽气内通道热积累及出口处像差较小,但工程实现难度较高;采用双层抽气结构热边界层控制最好,主光路温升仅为0.1K,出口处像差也较小,为理想的内通道结构。接着介绍了内通道中反射镜在激光辐照下仿真分析,通过有限元分析热力耦合,比较了硅、蓝宝石、碳化硅和熔石英四种基底材料的反射镜在相同能流密度的阵列激光辐照下的温度分布和面形变化,结果表明,硅和碳化硅反射镜温升及面形像差较小。以硅镜为例,分别对阵列和中空激光光束辐照下的反射镜数值仿真得到,阵列激光辐照下温升及像差较大,这对像差校正提出更高的要求。开展了激光在复杂双层内通道流场传输时产生的气体、管壁和镜面热效应综合仿真分析。首先对流场结构进行高质量的结构化网格划分,在仅考虑气体热效应和气体及管壁镜面两种情况下,对无通风内通道热效应进行仿真,然后对通入气体后的内通道流场及光场计算。结果表明,在通入气体情况下出口处相位PV值要比无通气情况有量级上的下降。通气情况下数值计算结果与实验测量结果相符。根据已验证的仿真模型对不同入口气体流量情况下数值计算,优化出较为合理的气体入口流量,为内通道热管理工程实现提供了理论分析和数据支撑。