锂离子电池凭借其高比能、长寿命、高功率等优点而得到了在新能源汽车和储能等领域的广泛应用。然而，锂离子电池的安全性问题仍是阻碍其大规模发展的重要问题。本文首次提出了自毁电池的概念，旨在探究清楚电池内部的热失控主反应机理的基础上，通过释放特定自毁剂的方式，达到对电池内部的某一特定反应阶段进行靶向阻断的效果，从而从源头上有效抑制电池热失控的发生，降低电池发生热灾害的风险。本文将对自毁电池的研究思路和进展进行简要概述，为电池系统的热安全性设计提供依据。

基于SJ-10 返回式科学实验卫星单气泡沸腾(SOBER-SJ10) 实验装置正交双CCD 观测系统特征，开发了基于双目视觉算法的图像分析方法，对空间微重力环境单气泡沸腾实验模式下气泡生长过程进行了定量分析。基于加热面局部温度测点数据，分析了微重力单气泡生长过程中底部温度和热流密度的演化特征。微重力条件下，气泡底部接触线区域维持了高效的相变换热，通过底部接触线区域的蒸发–顶部气液界面的冷凝维持了微重力单气泡沸腾传热。图像与科学数据分析结果，包括微重力条件下单个气泡生长过程中气泡形态演化特征与生长气泡底部局部传热等数据，不仅揭示了微重力沸腾传热性能得以维持的细观机制，也为进一步发展沸腾气泡模型提供了可资校验的实测数据。

返排液组成动态分析是评估压裂作业方法和表征储层特性的一种有效手段，本文以长庆油田多个致密砂岩储层的天然气井压裂作业为研究对象，采用X 射线荧光光谱法分析了多个井位探压后不同返排时间返排液的离子组成及变化规律，同时通过pH 值、化学需氧量、流变学、表面张力及接触角等，分析压裂液渗透进入岩层后，岩层中矿物溶解、迁移过程及相互作用机理。研究发现，返排液中离子含量趋于稳定的时间为10~20 天，大多数离子含量在18 天左右趋于稳定；返排液每日排出液量稳定的时间为19 天，每日产气量达到稳定的时间为20 天，三者趋于稳定的时间基本相当，因此压后返排液的离子含量变化特征能够反映压裂液与岩心的相互作用，为优化生产制度提供理论依据。

环保工质R1234ze(E) 和R600a 作为潜在的理想替代工质，其在工程实践中的应用离不开准确的传热数据支撑。本文在已有的R1234ze(E) 和R600a 实验数据的基础上，通过反向传播(BP) 人工神经网络模型分别发展了传热系数预测模型，其预测效果优于文献中的经典传热模型。同时为拓展模型的预测能力，本文还基于R1234ze(E) 和R600a 发展了一个更为通用的BP 传热预测模型，对R1234ze(E) 的预测结果的ARD 为4.08%，AARD 为8.46%，λ10% 为70.2%，对R600a 的预测结果的ARD 为−3.59%，AARD 为6.98%，λ10% 为76.4%，对于6 篇文献数据的预测结果的ARD 范围为−17.9%~26.8%，AARD 不超过27.6%，λ30% 不低于60.0%，由此可见该模型具有一定的预测精度和普适性。

本文针对槽式太阳能集热管非均匀受热问题，设计了新型内置环状翼涡发生器，并采用数值模拟对内置环状翼槽式太阳能集热管内传热与流动性能进行了研究。结果表明，环状翼的尾部形成一对纵向涡；该纵向涡可减薄热边界层，并使管内冷热流体混合更加均匀，有效地减少了吸收管的高温区域，同时管壁平均温度降低了35.9~88.1 K，保证了系统的安全运行。

本文基于第一性原理计算结合声子玻尔兹曼输运方程(BTE)，研究了单层MoS2 热输运的温度与尺寸依赖性。单层MoS2 的热导率主要由TA 和LA 模式的声子贡献，光学支的贡献极小，并由于带隙的存在与声学声子的散射十分微弱。通过限制具有长平均自由程(MFP) 的声子的贡献，体系尺寸的减小也显著限制了热导率。将体系的尺寸限制到100 nm 以下后，温度效应的影响不再显著，这归因于本征声子–声子散射与声子–边界散射之间的竞争，并通过散射率的计算进行了证明。

高热流密度电子元件的散热需求日益增加，为了有效提高双层微通道热沉的散热性能，本文设计一种双层微通道热沉，即上层为截断矩形微通道，下层为含有不同交错排列微针肋的微通道；旨在适当牺牲部分压降的同时提高热沉的换热性能，并与上层无截断型或复杂微通道，下层皆为复杂微结构热沉做对比。采用数值模拟方法，通过对不同微通道流动特性与传热特性的分析。结果表明：与其他几种微通道相比，下层微通道采用六边形微通道，上层采用截断矩形微通道在牺牲一定压降的同时传热性能得到提高，改善微通道底面温度分布均匀性, 相较于传统双层矩形微通道，在入口雷诺数417 时，其底面最高温度下降2.44K，热阻下降约25%，努塞尔数增大45% 左右，整体传热性能(PEC) 达1.335。

热导率在许多传热工程中发挥着重要作用，传统研究往往忽略了多孔介质孔隙表面的粗糙性，因此本文基于热电相似理论，考虑多孔介质内部孔隙微观结构的统计自相似特征，建立了具有粗糙表面的非饱和多孔介质中热导率的分形模型，详细分析了多孔介质的结构参数，比如孔隙率、粗糙度以及液相饱和度等对有效热导率的影响机理。理论研究结果与实验数据吻合较好，验证了本模型的正确性。此外，研究发现有效热导率随着液相饱和度的增加而增加，随着相对粗糙度的增加而降低。本模型没有经验参数，每个参数都有明确的物理意义。本文所提出的热导率模型可推广用于预测分形多孔介质的热输运性质。

本文通过实验研究了微通道(1.91 mm×2.55 mm) 换热器内R141b 的流动沸腾换热与压降特性，分析了质量流量(9.8~16.3 kg·m⁻²·s⁻¹)、饱和压力(138 kPa、164 kPa、236 kPa) 和热流密度(2.2∼20 W·cm⁻²) 影响换热系数和摩擦压降的规律。结果表明：随热流密度的增加，摩擦压降增大而换热系数先增加后减小；随饱和温度升高，摩擦压降降低但换热系数增大；随质量流量增大，摩擦压降增大，而且在高干度区换热系数随质量流量变化显著。实验结果与已有的沸腾换热关联式和均相压降模型的预测结果进行对比。

本文针对80°C 高温密闭环境下工作的电子设备，提出了带有复合翅片结构的固-液相变热沉设计。通过数值模拟对比了三种强化传热手段对控温性能的影响，包括复合翅片结构、添加泡沫铜高导热基体、添加碳粘接碳纤维高导热基体。结果表明当热流密度为2.45 W·cm⁻² 时，采用复合翅片结构的热沉控温时间最长，电子设备运行温度最低。通过增材制造制备样件开展实验研究，实验热流密度为0.82~2.45 W·cm⁻²，与数值模拟结果进行对比验证了模拟的可靠性。在最大热流密度下，热沉控温时长达到240 s，达到截至温度时相变材料基本完全熔化，验证了复合翅片结构的有效性。

本文采用随机微粒群优化算法(Stochastic particle swarm optimization, SPSO) 对皮肤表面肿瘤热疗方案进行优化设计。首先介绍了激光辐照下生物组织内部光热传输模型，并采用有限体积法求解了Pennes 传热方程。然后介绍了标准PSO算法和SPSO 算法基本原理。最后利用肿瘤边界温度作为控制参数建立目标泛函，采用SPSO 算法使其最小化，优化选取了激光加热参数，降低激光诱导肿瘤热疗过程中对正常组织的热损伤。计算结果表明，SPSO 算法可以有效地优化激光诱导肿瘤热疗方案，改善肿瘤热疗效果。综合考虑计算效率和优化精度，推荐种群数取50。

疏水表面滴状凝结(DWC) 在工业上引起了广泛关注。本文针对倒圆台阵列纳米结构进行液滴冷凝行为的研究。采用分子动力学模拟方法，讨论了不同表面过冷度对冷凝过程中液滴动态行为的影响。发现脱湿转换过程的发生受到表面过冷度的影响：低、中表面过冷度下，冷凝过程只存在单次成核和一次脱湿转换，脱湿机理为单个液滴在拉普拉斯压差作用下将纳米结构间隙内液体原子拉出；高表面过冷度下，液滴的凝结过程经历了多次核化与多次脱湿转换过程，其脱湿机理分为两种：当体系内只存在单个冷凝液滴时，脱湿机理与低、中表面过冷度条件下保持一致；当体系内存在两个甚至多个冷凝液滴时，脱湿过程的完成依赖于多个液滴合并时释放的表面能和合并后自身液滴内部的拉普拉斯压差的共同作用。

本文利用单液滴蒸发实验研究了预浓缩高盐脱硫废水液滴蒸发特性，比较了高盐废水与普通废水液滴蒸发行为异同，并开展了喷雾蒸发适应性实验。结果表明，液滴蒸发存在收缩-膨胀-再收缩三阶段，高盐废水蒸发速率更低，但因其含水量少，总蒸发时长更短；液滴膨胀和内部气泡生长规律相关，高盐废水呈多气泡长大模式，普通废水呈孤立气泡快速长大模式；环境温度升高可加快废水蒸发，但蒸发产物将在高温下分解；实验工况下高盐废水喷雾蒸发产物含水率低于普通废水。