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。

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%。

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。

卡诺电池(CB) 是可同时实现储电和余热回收利用的新兴储电技术。当前耦合余热卡诺电池(TI-CB) 仅在充电环节利用余热，余热利用不充分。本文提出一种全时段耦合余热的卡诺电池系统(DTI-CB)，通过将余热与有机朗肯循环(ORC) 耦合，实现余热与卡诺电池全时段高效集成，并对其热–经济性能进行评估。相比TI-CB 系统，DTI-CB 最高可提高95.67% 的发电能力和降低30.90% 的平准化度电成本；相比ORC 发电和CB 独立系统，DTI-CB 在高负荷条件下具有更高的热经济性优势。

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。

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。

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。

建立卡琳娜–有机朗肯联合循环模型，以联合循环热效率为优化目标，以部件结构参数为优化变量，在换热器总传热面积一定的条件下，结合构形理论和有限时间热力学, 对其进行构形热力学优化。在相同条件下比较联合循环与单一卡琳娜循环和单一有机朗肯循环的最优性能。结果表明：与初始设计点相比，优化后的联合循环热效率提高了40.83%。与卡琳娜循环和有机朗肯循环相比，联合循环的净输出功率分别提高了49.89% 和66.82%，而联合循环的热效率分别提高了57.76% 和降低了4.69%。所得优化结果可为低温余热资源利用系统的优化设计提供参考。

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%。

为获得超临界二氧化碳动力系统最优设计参数，本文建立了热力分析模型和主要设备模型，开展热管式反应堆为热源、简单回热架构的超临界二氧化碳发电装置系统参数性能分析和多目标参数优化设计。形成1 MW(e) 输出功率的发电装置系统参数最优解集，并开展系统敏感性分析。研究结果表明提升系统参数可达到提升系统循环效率的目的，但同时也增加了设备尺寸规模，对提升紧凑性不利，各主要热力参数对系统效率和体积的敏感性相差较大。最终优化解的选择可从本文最优解集中，按可布置空间大小选取，从而获得兼顾效率和紧凑性的最优设计参数。

本文研究了不同端基聚合物下聚环氧乙烷(PEO) 和双(三氟甲磺酰亚胺) 锂盐(LiTFSI) 固体聚合物电解质的离子扩散系数和热导率，并对其结构性质进行了分析，以研究离子输运和热传导机理。结果表明，以端甲氧基聚环氧乙烷为基体电解质具有较好的离子传输性能，因为更多的自由锂离子能够传输。然而，其导热性质更差，因为声子谱转移到更高的频率，这表明高频声子散射的增强导致热导率降低。这些结论对PEO-LiTFSI 电解质设计有着很好的指导意义。

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。

本文提出了一种基于折平板聚光器和水基Ag/CoSO₄ 纳米流体分频器的新型聚光光伏/光热(CPVT) 系统。制备了水基Ag/CoSO₄ 纳米流体并进行了测试。结果表明，全光谱范围内选定的水基Ag/CoSO₄ 纳米流体的透射率和吸收率分别为57.7% 和42.3%。对CPVT 系统的光学分析结果表明，CPVT 系统的光学效率约为96.34%。对CPVT 系统进行的热力学性能分析结果表明，光伏组件的光电转换效率和CPVT 系统的总光伏效率分别为28.9% 和16.7%，CPVT 系统的热效率和㶲效率分别为40.9% 和22.3%。当入口纳米流体流速从0.004 m/s 增至0.008 m/s，CPVT 系统㶲效率从24% 减小至21%；随着入口纳米流体温度从278 K 升高到298 K，CPVT 系统的㶲效率从22% 增加到23.2%。

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。

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。

质子交换膜燃料电池广泛应用于电动汽车领域，流场设计对于电池性能具有重要影响，本文通过三维多相多物理场数值模拟，研究了三种不同流场对电池内部气体分布、温度分布以及除水性能等的影响。结果表明，开槽的流场设计能够显著强化肋下的横向传质，相比平行流场，其气体、温度、电流密度、液态水分布的均匀性有明显改善，性能有所提升。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列，可用于兼容辐射散热的红外隐身多层薄膜结构。分析表明：该结构在3∼5 μm 和8∼14 μm 的红外大气窗口探测波段中具有0.20 和0.23 的低平均发射率，而在5∼8 μm 的非大气窗口波段中具有0.87 的高平均发射率，可兼容辐射散热，并且该兼容性对偏振和方向不敏感。该薄膜结构光谱选择性的微观机理可归因于锗层的选择性透过、铂–硅–钛合金形成的Fabry-Perot 共振，以及铂层和钛合金基底的本征吸收。

针对轴流涡轮通流设计求解过程复杂和对设计经验依赖多等问题，提出了一种展向等密流通流设计方法。以E3 涡轮为例论证该方法的优势。结果显示，通流设计与三维CFD 模拟的参数展向分布基本一致。新设计方案通过调整密流的展向分布削弱了第一级动叶根部的二次流损失，进而使涡轮效率提升0.5%。提出的通流设计方法在提升计算稳定性、降低时间成本和提高涡轮气动性能等方面体现出一定的优势，能够切实应用于轴流涡轮设计。

准确获取高温燃气的热学性质是开展火箭发动机喷管数值仿真的基础。由于采用实验方法获取高温下气体热导率极其困难，基于理论计算手段预测高温下气体热导率成为更好的选择。本研究中，使用考虑高温电子激发态的Istomin 修正计算了H₂、CO 以及N₂ 气体在300∼4000 K 温度范围内的热导率。结合Wassiljewa 方程构建了高温下多组分混合气体导热性质理论预测模型，预测了两种燃烧气体在300∼4000 K 温度范围的混合气体热导率，为喷管精细化仿真提供燃气热学性质参考数据。

超临界CO₂ 动力循环结构紧凑、效率更高，然而工质物性变化剧烈，工质输运与能量传递等多种非线性过程相互耦合，导致传统建模和求解复杂，难以实现精确、高效模拟。本文基于超临界CO₂ 动力循环的热量流模型，提出一种基于广义Benders 分解的高效求解算法，将系统控制方程按线性、(显式/隐式) 非线性等数学性质分类处理，利用变量梯度信息迭代更新。相比于传统算法，新方法鲁棒性更好，收敛域扩大48%；当迭代初值偏差较小时，计算效率更高。

建立了由MgH₂ 和Mg(OH)₂ 组成的绝热储氢反应器二维轴对称数学模型，提出了夹层式反应器结构并与传统套筒式反应器进行对比，研究了氢气压力及Mg(OH)₂ 导热系数对夹层式反应器储氢蓄热性能的影响。结果表明，夹层式反应器与传统套筒式反应器相比具有更大传热面积和更小传热热阻，从而具有更快的传热和储氢速率。增加氢气压力，可以强化储氢材料与储热材料之间的传热，加快储氢储热速率。此外，提高Mg(OH)₂ 导热系数是进一步提高夹层式MgH₂-Mg(OH)₂ 反应器性能的关键。

建立了地热有机朗肯循环(ORC) 系统热力学和经济性模型，以最大净输出功率为目标，优化了典型氢氟烯烃(HFOs)工质R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z) 的蒸发和冷凝温度，分析了热经济性，并与传统工质R601、R601a、R245fa 进行了比较。结果表明，最佳工况下，R1224yd(Z) 与R245fa 的蒸发和冷凝参数接近；地热水进口温度低于130°C 时，R1336mzz(Z)净输出功率最大，相比R1233zd(E) 提高1.47%∼1.89%，但是，总换热器面积增幅超过17%；地热水进口温度高于130°C 时，R245fa 的净输出功率最大，发电成本比R1336mzz(Z) 下降15.5%∼16.8%。

有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC) 技术可用于低品位热能发电，在可再生能源开发和余热回收中应用前景广阔。随着“双碳” 目标提出，能源电力系统低碳化已成为必然趋势，因此，ORC 系统的环保性能指标越发重要。本文综述了ORC 系统全生命周期环保性能的研究现状，总结了ORC 全生命周期评价(life cycle assessment，LCA) 的分析流程，根据热源类型对相关研究进行了分类并总结了其环境影响特点，评价了常见工质的环保性能，最后探讨了ORC 系统全生命周期研究的发展趋势。研究发现，生命周期清单分析中的现有清单数据多为二次数据，Recipe 方法是应用最多的评价方法，ORC 系统的设备生产和工质泄漏是影响其环保性能的重要因素。

随着电子设备的集成度和功率密度的提高，电子芯片的高功耗和高集成度将使电子设备的散热量不断增加。因此，散热已成为高性能电子设备性能发展的主要瓶颈之一。本文提出了一种含翼型导流肋微通道热沉，翼型导流肋可实现局部加速和冲击掺混的双重强化传热作用。采用ANSYS FLUENT 数值分析了翼型导流肋的攻角、出射角、长度和数量等主要几何参数对微通道流动传热特性的影响规律。研究发现：相比攻角和出射角，肋长度和肋数量对微通道阻力与传热性能的影响更为显著，强化传热综合性能评价表明本文提出的含翼型分流肋的微通道相比光滑微通道可在相同压降的条件下获得更高的换热量。

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。

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%。

针对航空发动机部件和整机，为实现快速准确的流场与性能分析，基于时间推进通流方法开展了相关研究，并开发了相应求解程序。以严格守恒型通流模型为基础，结合计算流体力学求解理论，依次进行了轴流、离心压气机、轴流涡轮部件仿真验证，并最终对一台微型涡喷发动机地面节流特性进行了整机数值仿真验证。结果表明，所发展通流仿真程序求解稳定，能够快速获得发动机各类部件及整机的子午流场及总体特性。其中，整机总体特性预测与实验偏差不大于7%，符合工程应用精度需求。

预冷器作为高超声速预冷发动机的关键部件之一，需要在极短时间内对高温空气进行快速冷却，其流动传热性能对预冷发动机性能具有重要影响。本文根据预冷器两侧流体流量和工作压力差异大的特点，提出了一种复合型微细通道换热器。数值模拟研究结果表明，沿着低温氦气流动方向，低温氦气与高温空气的温度及对流换热系数逐渐增大，并且在Z=130 mm 之后的变化明显大于之前的变化；增大空气侧的质量流量会增大空气侧和氦气侧的压降，而增大氦气侧的质量流量会减小空气侧的压降，单位体积的换热功率会随着两侧质量流量的增加而增大。

新一代低温室效应工质的可燃性是限制其进一步推广应用重要因素，开展有限空间内可燃性工质泄漏燃爆及沉积特性研究至关重要。基于有限空间内工质泄漏燃爆特点，构建了冷冻箱的三维有限空间内工质泄漏模型，围绕工质泄漏扩散过程开展了数值模拟研究，探讨了泄漏方向、泄漏孔径及风机转速对冷冻箱内工质泄漏扩散过程的浓度变化，并就不同因素的R290 和R600a 工质泄漏特性进行了对比。研究表明：气体密度对工质泄漏及沉积特性的影响较大，R290 相比R600a 具有更大燃爆风险；较小孔径的工质泄漏将增加有限空间内工质的燃爆风险；较小密度的工质发生泄漏后，风机运转将明显降低有限空间的燃爆风险。

本文研制了一套用于低温比定压热容(c_p) 测量的流动量热计，该量热计由恒温浴系统、流动系统、量热池和数据采集系统四部分组成，可实现115 ∼ 340 K 温度范围内的比定压热容测量，压力可达8 MPa。温度T、压力p 及比定压热容c_p 测量不确定度分别为11 mK，0.02 MPa 及0.9%。基于该量热计实测了45 个丙烷、30 个异丁烷、5 个乙烷及5 个乙烷+ 丙烷二元混合物的低温液相比定压热容数据，实测数据与高精度亥姆霍兹状态方程的计算值和呈现了较好的一致性，丙烷、异丁烷、乙烷及乙烷+ 丙烷的平均绝对相对偏差分别为0.26%、0.32%、0.31% 及0.38%，验证了该装置的可靠性。

为了探究浮升力效应对超临界水传热性能的影响，本文建立了一个预测垂直上升光管内超临界水传热的3-D 数值模型。利用该数值模型预测了系统压力为25 MPa，质量流速为600∼800 kg·m⁻²·s⁻¹，内壁热负荷为400∼500 kW·m⁻² 条件下超临界水的传热。分析了热负荷和质量流速对浮升力效应的影响，同时分析了浮升力效应对传热性能的影响规律。结果表明，当质量流速为800 kg·m⁻²·s⁻¹ 时，浮升力效应导致了局部传热恶化，传热恶化发生后，传热系数迅速回升；而质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹ 时，浮升力效应对传热性能的影响与热负荷有关。当质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹，热负荷为400 kW·m⁻² 时，超临界水传热表现为传热强化；当质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹，热负荷为500 kW·m⁻² 时，浮升力效应导致了局部传热恶化，传热恶化发生后，传热系数没有回升。