在现代激光器的研究领域中，氧碘化学激光器（COIL）因其独特的优势成为研究的热点。氧碘化学激光器具有波长短、适合大气传输的特点，在高功率和高光束质量方面发展迅速，使其成为最接近实际应用的激光器之一。工业应用中，氧碘化学激光器的应用范围非常广泛，包括汽车制造业、造船业、石油及矿业开采、水下切割和焊接作业等多个领域。
然而，为了准确模拟氧碘混合喷管内流场，需要足够大的网格规模，这就需要大规模并行计算。并行计算通过将复杂的计算任务分配到多个处理器核上并行执行，可以有效提高计算效率和规模。当前国际上多块结构网格拼接的并行软件，如SAMRAI、CHOMBO等，尽管在该领域有所贡献，但仍然存在通信性能瓶颈，限制了并行计算的进一步扩展。
为了克服这些限制，研究团队开发了基于并行自适应结构网格应用支撑软件框架，提出了可扩展到上千处理器核的三维多块并行数值模拟程序JASMIN。JASMIN利用多块结构网格离散计算区域，能够对喷管冷流场进行三维模拟，其结果较准确地反映了模拟装置的几何变化。在并行模拟程序中，通过大规模数值实验验证了程序的正确性及可扩展性。
在具体实现上，氧碘化学激光器的数值模拟涉及多个控制方程，包括质量方程、动量方程、能量方程以及组分方程和湍流方程。控制方程以积分守恒形式给出，其中U代表列守恒变量，G代表粘性项通量，H为源项，S为垂直于包围体积V的边界的外法线向量。涉及的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及组分的扩散方程共同构成了氧碘化学激光器模拟的数学模型基础。
计算方法上，本文采用欧拉方法与物理过程分裂相结合，将整个计算问题分为三个相继的步骤处理。时间步长内对整个问题进行处理时，采用了显式或隐式的数值算法，如显式六阶龙格-库塔方法。在计算粘性问题时，采用了二阶加权隐式差分格式；而在计算化学反应问题时，则采用显式格式。物理边界条件采用无滑移固壁，即高密度条件下的固体不渗透表面。
氧碘化学激光器的大规模数值模拟对并行计算技术提出了新的挑战，本文提出的基于多块结构网格的并行数值模拟方法，通过采用自适应结构网格支撑软件框架，有效解决了这一问题。该方法不仅提高了计算的准确性，而且扩展了模拟的规模和范围，为氧碘化学激光器的研究和应用提供了有力的数值模拟工具。同时，该方法的成功实践也展示了计算机技术和数值模拟在提高激光器性能方面的重要作用，对于其他相关领域的科学研究和技术开发同样具有启示意义。
