作为㶲的衍生概念，能质和能量品位的应用近四十年来在热科学领域的实践中取得了巨大的成功，然而其概念和计算并未得到全面的厘定，相关应用的总结和归纳在文献数据库中也十分鲜见。本文基于文献调研，首先对能质和能量品位的概念历史发展进行了梳理，后对其概念计算方法及相关基准问题进行了说明，最后对该概念衍生的分析方法及其应用进行了介绍。另外，本文还对热力学语境下的能势概念进行了初步的整理。本文清晰展现了能质、品位和能势领域研究的历史和进展，有助于对相关概念的厘定和思考。

回收低温质子交换膜燃料电池运行过程中产生的约70^◦C 低品位废热实现高效制冷是提高冷电联供系统总效率的关键。本文研制并搭建了吸附制冷与固体除湿空调复合系统实验平台，利用燃料电池余热驱动实现高效制冷除湿。实验结果表明，复合系统能有效被70^◦C 低品位余热驱动。提高入口空气的温度或相对湿度能有效提升系统性能，制冷量和COP 分别达3.95 kW和0.539。经计算，采用该复合系统回收利用燃料电池产生的70^◦C 低品位余热能大幅提高系统总效率，可达67.3%。

应用有限时间热力学理论，建立了变温热源内可逆空间闭式简单布雷顿循环模型, 导出了功率和热效率的表达式。求解方程得到了最佳低温热源温度，分析了循环的基本性能特性。当总换热器面积一定时，通过优化面积分配比得到了循环的最优性能，由优化低温热源温度进一步得到了双重最大功率。最后，在面积比分配和低温热源温度优化的基础上，对工质和热源间的热容率匹配进行优化，得到了三重最大功率。

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。

为提高固体氧化物燃料电池 (solid oxide fuel cell，SOFC) 的系统效率、降低碳捕集能耗，提出了一种基于SOFC、有机朗肯循环和功冷联供循环的系统，并利用制冷量液化回收CO₂。通过Aspen Plus 软件搭建联供系统模型，并在设计工况下，探究了SOFC 运行压力、电流密度、燃料利用率、汽碳比对系统热力性能影响。结果显示，SOFC 发电效率为46.19%、系统总发电效率为72.47%、功冷联供效率为85.48%，与使用三级压缩液化CO₂ 相比，总效率提升1.74%。当SOFC 运行压力为0.7 MPa，系统总发电效率最高，为72.48%；当电流密度增至极限电流密度6000 A/m²，电压极化损失增幅变大，对电池产生负面影响；燃料利用率为0.85 时，SOFC 发电效率达到最佳值46.19%；汽碳比对整个系统影响较小，但存在最佳汽碳比值3，使系统效率及功冷联供效率最大，分别为72.49% 和85.70%。

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。

本文针对液氢储罐零蒸发需求，探讨热声发动机驱动300 W @ 20 K 低温制冷机的可行性及所需解决的关键问题。首先利用SAGE 对热声驱动脉管制冷机系统进行整机一维模拟计算和优化设计，获得系统结构参数与热力性能，再采用CFD 方法针对大尺度热声发动机的复杂流动和换热问题进行二维仿真，旨在阐明实际系统中存在的关键问题并提出相应解决措施。结果表明，热缓冲管在冷热混合损失中起到最为关键的作用，去除次水冷器对于抑制热缓冲管中的局部二次流从而降低冷热混热损失效果明显，同时其内部速度场的分布还对Gedeon 直流具有一定的调节作用。此外，本文还讨论了大尺度热声发动机中的余热利用换热器与承压壳热应力等问题。

建立了不同吹扫模式下碘化氢(HI) 分解膜反应器有限时间热力学模型，将吹扫气流率、反应进口压力、渗透膜厚度、反应器长度作为决策变量，以HI 转化率最大、H₂ 回收率最大、总熵产率最小为目标开展多目标优化。通过研究发现，在给定的决策变量变化范围内HI 转化率和H₂ 回收率最大两者具有一致性，但两者无法与总熵产率最小同时达到最优；相比顺流吹扫模式，逆流吹扫模式下Pareto 前沿目标值均具有较高的HI 转化率和H₂ 回收率。使用不同的决策方法选取最优解，顺流模式下的TOPSIS 决策点和逆流模式下的LINMAP 决策点具有较小的偏差因子可作为反应器参数设计最优解。

本文针对动车电池二次冷却系统，提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control) 算法的电池冷却系统控制策略。研究主要针对电池二次冷却系统，设计了MPC 控制策略和比例积分(Proportion Integration) 控制策略，并对比了两者在电池冷却速率方面的控制效果。在电池充放电速率分别为20 A 和30 A 的工况下，MPC 控制策略的电池温度达到稳定时间分别为37 s 和63 s，而PI 控制策略的电池温度达到稳定时间分别为280 s 和500 s。结果表明采用MPC 控制策略相较于PI 控制策略，MPC 控制策略能够使电池冷却速度显著加快，控制系统具有更优的鲁棒性和适应性。

花瓣形燃料棒组件由于其优良的传热性能受到国内外广泛关注。为获得花瓣形燃料棒组件在自然循环条件下的流动特性，本文对含3×3 花瓣形燃料棒组件的自然循环系统开展了多尺度耦合模拟研究。基于一维用户程序和STAR-CCM+ 构建自然循环系统的一维和三维耦合数值模型，并结合实验结果进行了模型验证。重点分析了加热功率和高差对自然循环能力、花瓣形燃料棒组件阻力系数的影响。结果表明，系统排热功率与冷热源高差满足幂函数分布形式。通过引入黏度修正因子和结构影响因子，获得花瓣形燃料组件在宽Re 数范围，不同螺距、加热和冷态条件下的阻力系数关联式的通用表达式形式，并基于模拟和公开实验数据验证了其可靠性。

基于双向流固耦合方法对高压比离心叶轮的静气动弹性问题进行了数值研究，分析了叶片在离心和气动载荷下的变形及变形对气动性能的影响，并对叶片进行了预变形设计。结果表明：叶片变形主要表现为叶顶间隙的改变与周向扭转变形，其中叶顶间隙变化致使前缘泄漏流量减少，相同流量工况下的气动性能有所提高；而扭转变形造成了通道激波的后移和堵塞流量的减小。通过对初始叶片进行预变形设计，消除了叶片变形造成的性能曲线偏离、间隙不均匀以及堵塞流量减小的现象。

为实现“双碳” 目标，氨作为无碳燃料受到广泛关注。为研究环境条件对液氨喷雾特性的影响，本文采用直接摄影法和阴影法，在定容可视化实验平台上进行不同环境条件下液氨的喷雾实验。结果表明：在相同实验条件下，与柴油相比，液氨喷雾形状短粗，喷雾前锋更饱满；环境温度提高可以促进液氨蒸发，加快液滴破碎过程，在喷射结束后对蒸发的促进效果更显著；环境压力提高会阻碍喷雾发展与扩散。

为满足双温区制冷需求，通过单压缩机驱动80 K 和40 K 双温区冷指，且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布，可在实现制冷机轻量化的同时，在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机，在制冷机环境温度和调相器相位差发生变化时，分别从制冷机内双冷指声功分配、回热器冷端相位差和制冷量变化特性的角度，开展了数值计算分析和实验验证研究。研究结果表明，制冷机在环境温度变化时，通过主动调节调相器活塞运动相位差，双温区冷指能够保持高效率制冷，实现制冷机对环境温度的主动适应。

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。

叶尖泄漏流动对叶轮机性能有重要影响。混合RANS-LES 方法作为一种兼顾准确性和计算成本的方法，已逐渐开始应用于预测叶轮机内复杂流动。延迟脱体涡模拟(Delayed Detached Eddy Simulation, DDES) 是一种常用的混合RANS-LES方法，一定程度上结合了RANS 及LES 方法的优点。本文采用LES、DDES-SST、DDES-SA 对课题组前期所提出的简化的叶轮机转子叶尖泄漏流动模型的泄漏流动进行了数值模拟，基于LES 模拟结果，对比了两种DDES方法对泄漏流动的预测性能。对比结果表明，DDES-SA 方法低估了叶尖泄漏涡强度，原因是其在涡核处生成了过大的湍流黏性；DDES-SST 方法预测叶尖泄漏流动好于DDES-SA 方法，其预测值和大涡模拟数据更为接近，但仍有较大的提升空间。

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。

基于多层膜结构热辐射器，本文发展了考虑非辐射复合的近场热光伏系统性能优化模型。优化后得到的近场热光伏系统，可以实现600 K 温差下的转换效率为33.44%。并对不同温度下优化结构的近场热光伏系统性能进行了分析，包括转换效率，电池输出能量密度和电流密度。结果表明当温差为900 K 时，优化结构近场热光伏系统最高效率为41.94%，此时最大电流密度为13390 A·m−2。并且通过在热辐射器表面覆盖石墨烯，实现了近场热光伏系统的性能主动调控特性，当石墨烯化学势能为0.1 eV 时，近场热光伏系统的最大转换效率为43.51%。本文通过优化调控近场热光伏系统，有助于加快近场热光伏系统在工业余热高效回收利用方面的发展和应用。

本文在一台低速单级轴流压气机上开展了旋转畸变对其气动稳定性影响的实验研究。通过进口安装可调节转速的扇形畸变片模拟旋转畸变进气条件，并在转子叶顶周向和弦向布置压力传感器测量壁面非定常压力信号，通过失速过程和端区瞬态流场分析等研究了旋转畸变对压气机稳定性影响机制。结果表明：不同旋转畸变对压气机稳定性存在不同影响，畸变片与压气机反向旋转时，对其稳定性影响不大。当畸变片以0.5 倍转子转速与压气机同向旋转时，压气机稳定裕度衰减最大，该现象仅与畸变片转速有关，与畸变片大小和个数无关；此时存在失速团产生-传播-消失-再产生的过程，经历几次该过程后最终进入旋转失速状态，本文通过畸变片与失速团之间的相对位置，结合端区流场的分析解释了该失速现象发生的原因。失速团在畸变片下游出现，此时端区流场恶化，叶顶泄漏涡溢出转子前缘。随后失速团以48% 转子转速周向传播，由于畸变片旋转速度略高于失速团，两者相对位置发生变化，当失速团位于畸变片上游时失速团消失，此时端区流场流动恢复正常。

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。

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。

本文以某350 t·d−1 垃圾焚烧炉为研究对象，采用数值模拟方法，分析一级蒸发器下部集箱积灰对蒸发器以及高温过热器周围温度与流场分布的影响；并提出将一级蒸发器前两排管改造至第三烟道处，优化烟气流场分布和受热面的换热特性。结果表明：蒸发器管道下部集箱积灰对高温过热器烟气走廊处流场和温度分布存在明显影响，管道积灰不仅增加灰垢热阻，降低了其自身换热能力，热负荷向后偏移；且导致周界烟气温度升高。排管优化改造后，一级蒸发器的积灰影响减弱，流场趋于正常，高温过热器烟气走廊处的流场流速和温度有明显下降，高温过热器烟气走廊处的绕流减少且整体换热特性有明显提升，降低了高温过热器高温腐蚀风险，对实际运行起到改善作用。

本文采用多相流体网格质点方法探讨了流化床煤气化系统中颗粒尺度行为及不同操作参数(床层温度、气化剂流率) 对气化特性的影响。研究结果表明：气化系统床层底部及稠密区处传热系数较大；煤和惰性床料的传热系数轴向分布不均匀且具有不同的分布特征；随着床层温度的升高，煤和床料的传热系数均增加；提高气化炉内床层温度、空气流率、氧气流率和蒸气流率，碳转化率分别提高了16.3%、2.8%、4.1% 和2.8%；与其他操作条件相比，床层温度对提高碳转化率的效果最显著。

抽蓄机组甩负荷工况下，整个过程水力矩剧烈波动，复杂的流态促成空化现象的发生，进而对流场造成更大的影响。本文主要基于多相流空化模型对原型水泵水轮机进行全过流系统甩荷过渡过程数值模拟，探究了空化现象的发生对机组瞬态过程的影响。结果表明，抽蓄机组甩负荷过程中空化现象主要有发生在靠近顶盖的叶片背面的翼型空化以及短时且高频发展与溃灭的空腔空化，并且发现了尾水管的涡带变化过程为：同心柱状–偏心螺旋–幕布状涡带，研究结果对抽蓄机组甩负荷运行稳定性具有参考意义。

褐煤含水量高，直接燃烧发电存在效率低、投资大的问题。为此，本文提出了一种集成褐煤热泵预干燥的超临界二氧化碳循环发电系统，并建立了超临界二氧化碳循环发电系统和褐煤热泵预干燥系统的耦合计算模型，以某660 MW 发电系统为例，对直燃褐煤发电系统和褐煤热泵预干燥发电系统进行对比分析。结果表明：褐煤发电系统通过热泵干燥褐煤可以使系统发电效率提高1.44%，发电标准煤耗率降低8.06 g·(kWh)⁻¹； 分析发现，预干燥褐煤使得锅炉燃烧损降低高达4.47%，排烟耗散降低0.35%，从而使系统效率提高1.29%，燃烧损和排烟耗散降低是系统节能的主要原因；干燥机效率、褐煤干燥程度和热泵COP 越高，褐煤热泵预干燥发电系统节能效果越显著。

基于量子对应态原理并考虑氢同分异构体之间的结构差异，建立了适用于预测低温正氢与仲氢输运参数的数学模型，明确了对比黏度和对比导热系数与对比德布罗意波长之间的线性关系，并使用所建立数学模型预测了正氢与仲氢的黏度与导热系数。通过对计算结果的检验分析，发现量子对应态原理方法可以较准确地预测温度20∼100 K 及压力0.01∼10 MPa 范围内正氢、仲氢的黏度及导热系数。压力对模型的预测精度影响显著，当环境压力小于1 MPa 时，对应态原理预测误差基本控制在6%以内。进一步修正模型中的物性常数修正有望提高对应态原理预测精度。

为验证动力学模态分解(DMD) 方法分析管束流场特征的有效性，本文对流体横掠顺排管束和叉排管束进行数值模拟。用DMD 方法对仿真得到的涡量数据进行处理，提取流场涡量的模态数据，结合模态云图对流场特征进行分析，并利用模态数据对流场进行还原。结果表明在样本数据量足够的情况下，DMD 方法能够有效地对流场的主要结构进行提取，且利用该方法还原的流场和数值模拟结果吻合较好。通过对比主要阶模态的叠加结果，观察到顺排和叉排管束对涡发展的影响不同。

精确的灵敏度信息是开展高效伴随优化设计的关键。首先在课题组自主研发的雷诺平均纳维-斯托克斯方程的基础上，借助源代码转化类型的自动微分软件-Tapenade 开发离散伴随求解器。然后着重研究流场求解器收敛特性、伴随求解器收敛特性、“定黏假设” 方法和四种不同灵敏度计算方法对离散伴随灵敏度求解精度的影响，并总结高效高精度灵敏度求解方法的经验，为后续开展高效伴随优化设计奠定基础。最后以跨声速转子NASA Rotor 67 为研究对象开展叶轮机气动优化设计，并采用商业软件NUMECA 对优化结果进行校核，验证优化结果的可靠性及有效性。

本文针对某300 MW 等级重型燃气轮机透平排气温度，构建了燃机性能计算模型，该模型除了包含常规燃机性能计算的功能外，加入了透平叶片材料、燃烧器OTDF&RTDF 及叶片冷却流量对燃机性能的影响功能，应用该燃气轮机性能计算模型预测了L20A 及M701F3 的燃机性能，排气温度的预测精度在3^◦C 以内。分析了压气机压比、压气机效率、燃烧器压损、燃烧器出口温度分布、透平级数、透平效率、透平叶片材料及冷气流量等参数对透平排气温度的影响规律，结果显示压气机压比、燃烧器出口温度分布、透平级数及效率、透平叶片材料及冷气流量对燃机透平排气温度影响较大，其中又以透平级数的设计选择对排气温度影响最大。在燃机设计时需要考虑到这些关键影响因素，使排气温度最终达到综合最优。

载氧体在长周期的化学链燃烧中存在严重的烧结与团聚问题，极大限制了化学链燃烧的工业化进展。本文采用流化床结晶造粒的方法，制备出一种高比表面积的铜基载氧体，在流化床热重分析仪(fluidized bed thermogravimetric analyzer，FBTGA)上对其进行了长期化学链燃烧(chemical looping combustion，CLC) 循环测试，并对反应前后的载氧体颗粒进行了还原反应实验。实验结果表明，所制备载氧体在900^◦C 的高温下氧化还原循环120 次后，其反应活性保持稳定，且并未出现明显的烧结与团聚迹象。对循环前后的载氧体颗粒进行形貌表征分析可知，此种Cu 基载氧体的比表面积高达40 m²/g 以上，展现出良好的反应活性。此外，载氧体主要成分由CuAl₂O₄ 分解为Al₂O₃ 和CuO，其循环后仍呈光滑的球形颗粒，并维持多孔结构，活性组分Cu 在颗粒表面高度分散。

相比于线性的热传导问题，气泡信息的快速获取，换热系数的预测、沸腾现象的非线性预测的问题研究目前仍极具挑战。本文使用卷积神经网络、深度前馈神经网络、经验关联式结合随机森林的数据驱动方法，进行气泡动力学行为的快速获取、相变换热系数的快速反演及沸腾特殊现象的预测。结果表明，数据驱动的机器学习方法能够快速准确地预测相变换热过程中的问题，气泡信息获取准确率达到96%，相变换热系数反演及特殊现象预测拟合优度均高于0.95。本研究可为相变换热反演问题提供新的解决思路。

针对一台520 mm 缸径船用低速机进行三维全尺寸模拟，对比分析了氨/柴油两种运行模式不同喷油器方案对发动机燃烧排放的影响。结果表明：在爆发压力限值内，采用合适的氨燃料喷射策略可以实现同工况下与柴油机相当的功率水平；采用“2+2” 喷油器方案对柴油模式的燃烧过程影响显著，功率相比原机有下降(<10%)；当前“2+2” 喷油器方案下，各负荷氨气模式可以达到原机柴油模式功率水平，但NO_x 排放与气耗均略高于“3+3” 模式。

LED 照明系统能够利用太阳能电池作为电力来源。本文对LED 芯片材料GaN 的光电性质进行了研究，这对提高LED 的发光性能具有指导意义，并为后续Al,In 共掺杂GaN 的相关研究提供了参考依据。构建了理想GaN 的计算模型并使用第一性原理计算方法研究了理想GaN 材料的电子结构和光学性质。计算结果表明: 理想GaN 符合直接带隙半导体特征，其带隙值为1.706 eV，且电子的分布还会影响GaN 的光吸收特性。随着光吸收系数的增大，光衰减的速率就会变大，对应着光吸收能量增大。

最佳热化系数可指导热电联机组容量配置，实现热电联产经济效益的最大化。本文提出了考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数确定方法，建立热电联产系统变工况分析模型，计算获得了案例机组的变负荷能耗特性，优化得到了技术经济最佳热化系数。结果表明：不考虑、考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数分别为0.750、0.702，不考虑变负荷能耗特性年节约费用的偏差达22.0%，考虑变负荷能耗特性后可获得更加精准的热电联产技术经济效益。

针对除霜控制方法的自适应性需求，本文提出一种制热能力衰减(Degradation of Heating Capacity，DHC) 方法识别结霜状态，并基于全连接神经网络(Fully Connected Neural Network，FNN) 分类模型开展除霜效果水平预测研究。结果表明：在空气源热泵的监测案例中，所提出的DHC 方法能有效识别结霜状态，且在测试集中FNN 分类模型对除霜效果水平识别的准确率达到91.43%。与原始除霜控制方法相比，整个供暖季的除霜频率、热量损失和功耗损失分别降低66.3%、1775 MJ和1829 MJ，同时季节性能参数SCOP 提高8.6%。研究结果为ASHP 系统的除霜控制方法在实际运行中的实施与优化提供了一条有效途径。

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。

含盐废水在有限通道内的喷射闪蒸–掺混蒸发(FME) 是实现深度脱盐的有效途径之一。本文以准饱和NaCl 水溶液为工质，在实验研究的基础上围绕FME 中液滴群的运动、蒸发、析晶过程建立了完整的计算模型。据此在液滴群初始粒径为20∼200 μm、初始温度为100∼120^◦C、初始盐质量分数为0.26、初始速度为20 m·s⁻¹，掺混热空气速度为15 m·s⁻¹、温度为100∼300^◦C，喷射角0^◦∼90^◦ 的范围内对FME 流场开展了数值模拟。结果表明：在喷射角从顺流掺混的0◦ 增大至横流掺混的90◦ 的过程中，晶体析出位置逐渐由喷射轴线处移至雾羽流场上部，使得析出晶体易于分离；随着喷射角、过热度或掺混风温的增加，液滴群的截面平均盐结晶质量分数增加，而平均粒径与析晶距离均减小。为衡量析晶效果，定义完全析晶效率为给定距离内液滴群结晶盐质量流量与喷嘴入口盐溶液所含溶解盐质量流量之比。结果指出：增加喷射角度或掺混风温是提高完全析晶效率的有效手段。提出了该完全析晶效率的半经验计算式，其计算值与模拟值的主体误差在±35% 之内。本文研究结果可为工业脱盐装置的设计和运行提供技术支撑。

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。

利用声波操纵微纳米尺度物体的声分选技术能够实现微生物的非接触控制，在医学领域具有良好的应用前景，由于微通道内小雷诺数流动的特点，提高分选通量成为目前声分选研究中需要实现的目标之一。基于格子-Boltzmann 方法，本文对声表面波形成的驻波声流及驻波声流中悬浮颗粒的运动规律进行了研究，结果表明，增加运动黏度、减小声源波长、降低声波振幅、缩小板间高度能够使Rayleigh 流区域所占比例及强度减小；通过增加涡旋数量能够缩短悬浮颗粒与平衡位置的距离、加快颗粒响应速度、增加颗粒在通道内的分布列数，从而为提高分选通量提供可能。

采用数值计算方法对1.5 级涡轮进行全三维模拟，捕捉叶尖区域泄漏流主要流动特征。针对叶尖泄漏问题，分别在叶尖吸力面、压力面以及全周添加小翼，分析不同位置、宽度的叶尖小翼对泄漏流动的调控机理。结果表明，叶尖小翼能改变叶顶吸力面和压力面静压分布，静压力差降低，泄漏量减小且泄漏涡的产生推迟，泄漏涡与上通道涡掺混作用降低。总体上，全周小翼的流动调控能力最佳，涡轮等熵总总效率提升0.52%，吸力面小翼次至之，压力面小翼最差。叶尖小翼的控制效果与小翼宽度呈正比。