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%。

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。

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。

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。

本文基于准稳态计算模型，提出了一种精馏型自复叠制冷系统降温速度的优化方法。以最大制冷量为优化目标，得到给定混合工质浓度时降温过程最佳吸气压力曲线，采用分段调节吸气压力的方法来匹配该曲线，从而减少降温时间，在此基础上可进一步优化混合工质浓度提高降温速度。该方法应用于箱内空气温度由20°C 降至−100°C 的试验箱降温过程，采用摩尔比例为0.35/0.25/0.15/0.25 的R50/R1150/R290/R600a 混合工质，结合最优吸气压力切换参数：两个切换温度(−20°C 和−105°C) 和三个切换压力(700 kPa、600 kPa 和550 kPa) 可以达到最短的降温时间。研究结果还表明不同蒸发温度区间所需的最优浓度不同，在降温过程中调节工质的浓度，则可以减少降温时间。该优化方法可为其它混合工质制冷系统降温过程研究提供参考。

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。

布雷顿循环具有高效、紧凑的特点，适合作为核反应堆热电转换系统。本文基于EBSILON 软件建立了简单循环、简单回热循环、再热回热循环和间冷回热循环四种开式布雷顿循环构型的系统仿真模型，对循环关键参数进行热力学分析，以循环效率、功率密度为性能指标进行了循环参数优化，并与闭式布雷顿循环进行了对比分析。结果表明，四种开式循环构型中再热回热循环效率最高，可达25.44%；简单回热循环功率密度最高，可达171.13 kW·m⁻³；将开式循环改进为空冷闭式空气布雷顿循环，最高循环效率提高12.56 个百分点，最高功率密度增加11.87 kW·m⁻³。

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。

采用ANSYS FLUENT 软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm，内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70°C，总传热温差为5°C 和7°C，入口蒸汽速度为14∼20 m/s。模拟结果表明，液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加，液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定，更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加，液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低，更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。

共底贮箱是低温推进剂贮箱的理想形式之一，其两侧低温推进剂的无损贮存是亟待解决的关键技术。本文结合已搭建的液氧/液甲烷零蒸发共底贮存实验装置，建立了零蒸发共底贮存系统冷屏仿真模型。针对非稳态流动传热过程中温度的位变与时变特性，提出了温度离散系数，其相比不均匀系数更适用于评价非稳态流动传热过程中冷屏的热均匀特性。结果表明，采用蛇形盘管的冷屏在非稳态过程中具有良好的热均匀性，冷屏最大温度离散系数为3.85%。

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程，本文提出了耦合VOF 方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟，分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律，查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明，由于局部蒸汽的覆盖，不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点，高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积，高过冷度会延缓转折点，但整体热阻将升高。

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。

构建高效制冷循环是发展高效制冷系统、实现制冷行业节能减排的核心内容。传统制冷循环构建往往基于专家经验，构建的制冷循环性能因人而异，且难以获取全局最优结构。基于图论和换热器分离的方法，本文提出了含引射器的制冷循环自动构建方法，确定了引射器结构和引射式循环构型的数学化描述，建立了引射式循环的构建算法，并应用所提方法构建了适用于冷冻温区的引射式两相回热循环。结果表明：相比于经典的引射器回收膨胀功循环，能效比提升23%。

为降低数据中心(DC) 冷却系统的能耗和水耗，在机械制冷和直接新风冷却的基础上提出了一类耦合天空辐射制冷(RSC) 的DC 冷却方案，并研究了相应的系统构型和运行策略，建立了相关的数学模型。将冷却方案模拟使用在位于西安的一个模块化的集装箱DC 上，对其节能节水效果和环境经济效益进行了评估，还对冷却方案在中国10 个典型城市的地区适应性进行了分析。结果表明：所提出的耦合冷却方案(CM) 与机械制冷(MCM) 相比，冷却系统节能减排率达到了55%，与主流的新风加湿冷却(OAHM) 相比提高了5.2%，同时水耗降低了18.7%；相比于MCM，CM 在各城市的节能减排率在42.9%∼78.1%之间，体现出良好的节能节水效益。

通过化学链方法使用氧载体中的晶格氧进行甲烷的部分氧化反应制合成气，可以实现高的产物选择性。本文采用溶胶凝胶法制备了氧载体La_1−xSr_xFe_0.8Al_0.2O₃ 用于甲烷化学链干重整反应，使用热重和固定床反应器对不同比例Sr 掺杂氧载体的反应性能进行测试。实验结果表明La_1−xSr_xFe_0.8Al_0.2O₃ 中x=0.4 的氧载体氧容量高达1.88 mmol·g⁻¹，反应性能优异，同时积碳量较少。进一步对氧载体La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Al_0.2O₃ 进行了20 次循环稳定性测试，发现氧载体保持优异的氧化还原性能，实现了61.2% 的甲烷转化率，97.1% 的CO 选择性，1.81 的H₂/CO。氧载体的表征结果显示，反应前后氧载体的微观形貌以及晶相结构均未发生改变。本文的结果表明La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Al_0.2O₃ 是适用于甲烷化学链干重整反应的高性能氧载体。

统计和分析了2023 年度国家自然科学基金委员会工程热物理与能源利用学科(E06) 自然科学基金的申请、受理、评审和资助情况。介绍了2023 年度学科面向加强“双碳” 目标在能源和动力领域开展的战略研究与立项工作。介绍了学科2023年度亮点资助成果和2024 年度工作展望。

质子交换膜燃料电池电堆中水热管理策略与电堆结构与大小息息相关，开发过程必须引进电脑辅助设计模拟工具, 本文基于COMSOL 软件开发了快速成型电堆二维模型，模型中考虑膜电极的零部件、双极板及冷却水槽道中的气、水、热、电的相互影响，在模型中加入阴极进气和排气歧管，真实地模拟了整个电堆的气体流动分布。该模型中几何尺寸及单电池数量经过参数化，能依据设计要求快速建模并进行仿真，在进行更详细三维模拟仿真之前，为电堆设计提供初步设计方案。本文以一个10个单电池串联的二维燃料电池堆模型为例，求解了气体流道，多孔介质、电极耦合表面和固体流体传热的一整套质量、动量、组分和温度守恒方程。针对U 型进气方式，分析了电池堆氧气速度、质量分数和电极耦合表面电流密度分布特点。基于该电堆模型，研究了电压，质子交换膜电导率，空气进气流速等参数对电堆水气分布的影响。模拟结果发现高电压工作，较大的质子交换膜电导率，较大的进气流速均会提高电堆性能。通过优化现有模型结构，实现了电池堆水气更均匀地分布，为燃料电池堆的进一步设计提供参考。

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。

将直接空气碳捕集(Direct air carbon capture, DAC) 与可再生综合能源系统(Integrated energy system, IES) 结合，是实现区域碳中和的有效途径。合理的配置方法是系统稳定、灵活、经济与零碳的前提。常规配置方法无法反映DAC 吸附、解吸的动态CO₂ 传质特性以及能耗特征差异，导致非最优或不可行的配置方案。为此，本文构建了面向配置的DAC 模型以反映其动态运行特性，在此基础上以包含投资成本、运维成本、可再生能源削减惩罚以及负碳排环境效益的年总成本为目标函数，建立DAC-IES 配置模型，获得各设备的最佳容量与协同运行策略，揭示间歇波动供能背景下DAC 的灵活运行机制。案例分析验证了所提出的配置方法的有效性与优越性。结果同时表明，DAC 系统灵活运行能够实现与可再生能源更好地协调与更经济地碳捕集。

为降低醇胺法碳捕集系统对燃煤电厂热经济性的影响，通过ASPEN PLUS 软件搭建了基于速率模型的碳捕集系统，并构建了集成富液分流工艺、贫液闪蒸压缩工艺与蒸汽过热度利用的新型碳捕集系统。结果表明新型碳捕集系统在富液分流比为0.1、闪蒸压力为0.16 MPa 时，再生能耗最低，为3.09 GJ/t CO₂，相比常规碳捕集系统降低了20.77%，其中，蒸汽过热度的利用使得再生能耗降低了11.54%。此外，利用EBSILON 软件搭建了耦合碳捕集系统的亚临界机组热力系统，研究得到当机组负荷为127.55 MW、CO₂ 捕集量为50 万吨/年时，新型碳捕集机组的锅炉热负荷相比常规碳捕集机组降低了1.87%，发电煤耗降低了7.22 g/kWh。可见，采取的优化措施不仅可以降低碳捕集系统的再生能耗，还大幅度改善了亚临界碳捕集机组的热经济性。

当固体壁面间距仅有几个纳米时，纳米受限效应使得流体自扩散系数降低1∼2 个数量级，孔径、温度和压力的影响显著且复杂。分析受限流体扩散机理和规律，建立简洁的关联式具有重要意义。本研究从分子模拟出发，经过仔细计算和分析，获得了大量纳米孔隙中流体自扩散系数数据。分析了壁面吸附作用对流体扩散的影响机理和规律，提出了可简单描述流体扩散行为的无量纲扩散系数，从而与努森数建立相应关联式，具有较强的适用性。

面向微型燃气轮机能效提升迫切需求，针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器。结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点，设计了模块化的波纹板微通道换热器单元，采用激光选区熔融技术(SLM) 完成不锈钢样机加工，并使用自行搭建的实验系统对其进行了性能测试。样件具有52 个高度为0.7 mm 的换热微通道，紧凑度超过1700 m²/m³。实验测试表明，该增材制造换热器在相对压损小于2% 的条件下，平均Nu 数相比传统方式加工的平板原表面换热器可提升88.9%，其关键性能参数在现有紧凑式换热器中具有先进性。

果壳掺杂含铁化合物，制备铁掺杂果壳炭，研究了铁掺杂对VOCs 在高湿环境中吸附的影响。结果表明，铁掺杂后，果壳炭比表面积增大，中孔结构增加，亲水性和极性更低。在80% 的相对湿度下，对VOCs 能保持干燥条件下70%∼90% 的吸附能力。VOCs 吸附过程会受到π-π 作用和π-EDA 作用的影响，因此高石墨化的结构有利于VOCs 的吸附过程。水蒸气减缓了吸附过程中VOCs 的传质速率，而果壳炭的中孔结构则有利于VOCs 的传质过程。

在核能主动热利用领域，需要高温热管具有较大的长度并保证均温性，然而现有对高温热管的研究集中在热管性能的理论预测和较短的高温热管预研方面。本文首先制备了67 倍长径比高温热管，理论分析了其冷态启动特性，并对其冷态启动和稳态传热性能进行了实验研究，提出了可以发挥其优良传热性能的加热方式；进一步制备了200 倍长径比高温热管，定性验证了其良好的传热性能，定量实验研究了其冷态启动过程，并发现了超长高温热管喉部区域的热量传递规律。

现代透平叶片设计过程中，需要不断调整沿径向分布的几何参数，设计周期长。为了解决此问题，本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道，对每个子流道进行一维设计，得到其最佳速比与进出口几何角，再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F 级燃机末级的边界条件，应用该方法对其叶片进行重新设计，并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比，优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大，流量降低0.26%，但余速损失显著下降，同时轮周效率提高了1.7%，总–总效率提高0.37%，并且轴功增大了1.47%。

为了探究可调串列静子相对于常规可调静子的优势机理和流量调节极限，采用数值模拟方法分析了中低转速下某两级风扇在常规静子可调和串列静子可调两种情况下的变角度性能。结果表明：静子出口气流角决定下级转子部件流量，开大串列静子前叶可以提高静子部件流量，风扇整体流量由转静子部件流量共同限制；对中间级，调节常规静子会引起进出口几何角变化不匹配，改为串列可调后，在实现相同的出口几何角下，调节合适的串列前叶角度会大大减小静子损失，同时增大流通能力；对出口级，串列可调可以在保证风扇出口流动方向的前提下，调节串列前叶实现更高流通能力和更小损失；通过各级导叶静子匹配调节，与常规方案相比，串列方案的效率0.84 以上的最大流量边界提高了10%。

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。

基于柴油与PODE 化学反应机理，构建了TRF-PODE 化学反应动力学模型(包含219 种组分、903 个基元反应) 并验证，开展了高海拔条件下PODE/柴油着火与燃烧特性数值模拟研究。结果表明：在高海拔低压力下，PODE 增加了着火瞬时放热率，降低了着火最高温度对应时间；PODE 对燃料着火起到促进作用，着火促进率最大值出现在负温度特性(NTC) 区域范围内，且随着PODE 掺混比例的增加而增大；高海拔条件下低温氧化中PODE 增加了反应中OH· 生成，促进nC₇H₁₆前期氧化，反应中羟基的最高摩尔分数随压力下降明显增加，使基元反应速率降低；高温条件下，PODE 本身含氧增加了反应中的OH· 的生成，降低了O₂ 参与生成OH· 反应的比例，使更多的O₂ 能够氧化反应中的小分子，促进自由离子生成，提升反应活性，改善柴油机高海拔燃烧特性。

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。

为准确认识压气储能电站地下储气库在初次运行条件下的压缩空气动态热力学特性，建立了考虑压缩空气与围岩间共轭传热以及非等温流动的储气库热力学数值分析模型，并对其合理性进行了验证。通过对比分析等容积条件下不同洞室形状的储气库压缩空气热力学特性变化过程以及温度空间分布规律，提出了两种压缩空气的温控工艺并对其效果进行了分析。研究结果表明，不同洞室形状的储气库在相同工作压力下的压缩空气平均温度值差异较大；洞室形状对储气库压缩空气温度空间分布规律影响显著，其中隧道式储气库出现了局部高温现象；延长初次充气时间对隧道式储气库的温控效果较差，而合理布置进出气口位置对隧道式储气库的温控效果良好。

热泵供暖技术能够有效减少燃煤取暖产生的能源消耗和环境污染，但目前常用的热泵供暖系统的低温适应性较差，难以满足寒冷地区的供暖需求。考虑到斯特林热泵技术具有十分广泛的可用温区，本文研制了一台电驱动自由活塞斯特林空气源热泵，旨在考察其在不同气候条件下的供热性能。实验结果表明，在普通、寒冷和极寒地区供暖工况下，电驱动自由活塞斯特林热泵的整机制热性能系数分别达到了2.31、1.97 和1.78。随泵热温差增大，斯特林热泵的相对卡诺效率逐渐升高，其在大泵热温差下优势更加明显。

糖醇作为具有性能优异的中温相变储热材料备受关注，其热稳定性是制约材料实际使用的重要物性参数。本文以赤藓糖醇为研究对象，从质量损失、熔点变化、熔化焓衰减这三个指标综合评价了其热稳定性，并建立了其热稳定性评估的动力学模型。结果表明，赤藓糖醇加热后的主要气态产物包括多种小分子气体，固态产物主要体现在C=O 键的生成。对质量损失、熔点和熔化焓等热稳定性表征参数变化进行了对比，发现赤藓糖醇熔化焓在空气氛围、145°C、48 h 下降了10.2%，变化幅度明显高于其他两个指标，因此选择熔化焓衰减作为赤藓糖醇热稳定性评价指标。在氮气(N2) 氛围下熔化焓衰减模型的活化能为80.0 kJ·mol⁻¹，对数指前因子为15.14 h⁻¹。基于模型进一步分析，在120∼140°C 下赤藓糖醇熔化焓半衰期为2401∼7851 h。

本文基于“分区建模，界面耦合” 的计算技术，对飞行器外部超声速流动过程及防热结构内部以水为工质的发汗冷却过程建立了数值模型，实现了对内外部发汗热质输运过程的耦合求解。结果表明：防热系统表面非均匀非定常的热流分布导致发汗工质发生局部气化，并引发工质分布出现失均现象。随着服役过程的进行，该现象具有内生性的加重趋势。服役30 s 后，远来流侧冷却工质流量的峰值高于入口流量的9.1 倍，低流量的气相工质区域面积占发汗多孔材料表面积的76% 以上。工质液相区域溢出流量上升使发汗多孔材料表面局部形成热导率较高的液膜，降低了发汗结构隔热能力，液相区表面热流(约为0.15 MW·m⁻²) 略高于气相区域(约为0.11 MW·m⁻²)。然而，气相工质的冷却能力低，气相区域的升温速率远高于液相区，因此必须发展冷却工质流量调控策略以消除工质气化的影响。

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。

液氦作为沸点最低(4.21 K) 的重要低温流体，被应用于各种低温系统及低温实验室等。氦的膜状冷凝效率是当前使用低温制冷机的小型氦液化及再冷凝回收系统实现性能提升的关键因素，但目前尚缺乏针对性的理论和实验研究。本文基于现有的实验研究，搭建低温竖直表面氦的膜状冷凝CFD 模型，模拟不同冷凝温差下氦在竖直表面的膜状冷凝过程，揭示其液膜分布与传热特性，本研究旨在为小型氦液化系统中氦冷凝器的设计及优化方向提供理论指导。

提出一种带有竖直翅片的中置式光伏Trombe 墙，基于热力学第一和第二定律，数值研究翅片间距和高度对其性能的影响，并与无翅片的中置式光伏Trombe 墙进行性能对比。结果表明：在一定的翅片间距和翅片高度范围内，热效率可以得到有效提高；减小翅片间距和增大翅片高度能够提升电效率。引入综合效率计算发现，相比于热能，获得的电能在整体能效中占主导地位。在较大的翅片高度下，存在最佳翅片间距使综合效率最大化，且翅片高度的增大提升了系统的综合效率。翅片型中置式光伏Trombe 墙在翅片间距和高度分别为15.625 mm 和45 mm 时的综合效率达到了12.74%，相对于无翅片的系统提高了11.29%，具有很大的应用潜力。

建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源–热沉集成模型，基于构形理论，给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件，以液冷通道数及其半径为设计变量，研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响，获得了不同液冷通道截面积占比下的最优构形。当通道截面积占比和通道数给定时，均存在最优的圆心距使得热源–热沉整体的散热性能最优，但对应两个指标的最优圆心距不同。给定通道截面积占比时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道数的增加而降低；给定通道数时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道截面积占比的增加而降低。本文所得研究结果可对圆柱器件高效冷却的热设计提供理论指导。