本工作以废塑料回收和烟气脱汞为出发点，将废弃聚苯乙烯回收制备为高多孔超交联聚合物用于烟气脱汞。超交联聚合物具有优越的孔隙率和较强的疏水性。在原始超交联微孔聚合物(HCPs) 的基础上进行低浓度的化学改性即可提高对Hg⁰ 的化学键合能力。FeBr₃-HCP 可以在复杂的烟气条件下获得显著的脱汞能力(15 min 内脱汞效率大于90%)。本工作说明了HCPs底物与不同活性物质之间的相互作用以及金属和卤素位点上Hg⁰ 的去除过程。本研究拓宽了废聚苯乙烯的资源化利用途径，同时促进了气态Hg⁰ 控制技术的发展。

煤粉气化–燃烧技术在稳定燃烧和NO_x 控制方面已展现出一定优势，基于前期烟煤气流床气化–燃烧系统的实验数据，本文利用ANSYS Fluent 数值模拟软件，构建了煤气化后高温气–半焦混合物的燃烧和NO_x 生成模型，模拟预测了下行燃烧室中燃烧器二次风温度和偏转角度对炉内燃烧和NO_x 生成的影响。模拟结果表明，二次风温度提高到623 K，能有效降低NO排放，炉膛出口由128.2 mg·m⁻³ 降低至92.3 mg·m⁻³；二次风入射偏转角度增加有利于降低炉内峰值，但整体温度分布均匀性变差，出口NO 浓度增加至236.9 mg·m⁻³。

导线火灾是现代社会电气化进程中的重大威胁。本文针对清洁气体灭火的场景，开展了不同氧浓度和稀释气体(二氧化碳、氮气、氩气) 下聚乙烯导线竖直逆流火蔓延的实验研究。研究表明，给定氧浓度时，三种氛围下火蔓延速度排序为二氧化碳< 氮气< 氩气。基于能量守恒方程，建立了关于稀释剂和氧浓度的火焰前锋温度模型。计算结果表明，稀释剂主要通过分子摩尔质量(气体密度) 和热容两个参数影响火焰前锋温度-氧浓度变化曲线。

针对转炉煤气中可燃气体的浓度偏低，文中提出了向转炉煤气中喷吹煤焦来提高可燃气体品质。利用热重分析仪和沉降炉研究了煤焦与CO₂ 的气化反应特性和动力学行为。结果表明：加入添加剂，使煤焦气化最大失重速率对应的温度由1237°C降低到1153°C，温度降低了84°C；气体产物CO、H₂ 和CH₄ 含量升高，CO₂ 含量降低。气化反应的活化能从212 kJ·mol⁻¹下降到191 kJ·mol⁻¹，气化反应活性升高，加快了反应速率，缩短了反应时间，并进一步降低了反应需要的能量。实验验证了该方法提高可燃气体品质的可行性，为转炉煤气中可燃气体品质优化提供新的方向。

本文综合运用SEM、粒径分析、XRD 和ICP 等技术，对石灰石、白云石、方解石和大理石四种天然矿石进行性能测试。实验证明，石灰石和白云石具有很高的CO₂ 捕捉能力(分别为9.26 mmol·g⁻¹、9.14 mmol·g⁻¹)，并且能将CO₂ 有效转化为CO(在650°C 时CO₂ 转化率均大于90%)，CO 选择性几乎达到100%。此外，石灰石和白云石均在循环中表现出优异的稳定性，表明二者可作为ICCU-RWGS 的更优催化剂，将促进双功能材料向更加经济环保的方向发展。

为了提高脱硫效率并实现污泥的综合利用，本文提出了一种基于污泥参与石灰水合过程的新方法。研究中，循环灰作为载体用于制备高比表面积的脱硫剂，探讨了污泥对脱硫剂性能的影响。研究结果表明，在900°C 下，石灰/循环灰担载型脱硫剂的钙利用率为68.61%，而加入污泥后，钙利用率显著提高至96.82%。同时，加入污泥使脱硫剂的比表面积和孔容积分别提高了66.7% 和39.6%。动力学计算结果显示，污泥的加入使脱硫剂在化学反应控制阶段的活化能从38.43 kJ·mol⁻¹ 降至19.59 kJ·mol⁻¹，反应速率常数k 和有效扩散系数D_s 显著增加，表现出更强的固硫能力。该研究为提高脱硫效率与污泥处置的综合利用提供了新的技术路径，有望在环境保护和资源回收领域发挥积极作用。

本文利用竖直挂滴法开展了RP-3 航空煤油单液滴的激光点火实验，利用高速相机获得了火焰发展和液滴直径变化图像。研究了不同初始直径(1.35、1.42、1.51、1.56 mm) 和激光点火能量对煤油单液滴激光点火和燃烧特性的影响。结果表明，液滴燃烧分为三个阶段，伴有两次微爆现象。在相同激光点火参数条件下，随着液滴直径的增加，液滴更快点燃，点火延迟时间缩短，归一化燃烧时间缩短，液滴燃烧速率Kc 增快，燃烧后期的燃烧速率远高于前期蒸发速率。改变激光点火参数，固定激光出光时间，改变激光出光强度占比，随着激光出光强度的提升，对于相同直径液滴，点燃液滴激光所需时间缩短，点火延迟缩短，归一化燃烧时间缩短。

森林可燃物是典型的离散细颗粒燃料，燃料间的空气间隙显著影响火蔓延行为。本文根据森林可燃物特征定义了离散燃料，回顾了前人的研究工作，重点关注燃料间距、燃料床宽度、燃料长度、体积密度、填充比、风速和坡度角等因素对离散燃料火蔓延行为的影响规律，总结了已有的离散燃料火蔓延临界判据，以及水平无风、倾斜无风和水平有风条件下离散燃料火蔓延的传热机制和预测模型，并提出未来可以进一步研究的方向。

本文研究了梯度同位素掺杂平板间近场辐射特性，相较于同位素富集的均匀介质，梯度同位素掺杂介质能够在小间距时增强近场辐射换热并出现内部吸收峰。此外，本文发现了沿厚度方向质量递增的体系随渐变层厚度增加，换热先增强后减弱，而质量递减的体系出现先减弱后增强再减弱的趋势，表现出不同的依赖关系。本工作还揭示了同位素散射的增大能够在较大渐变层厚度时增强换热。本文对同位素工程在热管理中的应用具有一定的指导意义。

液滴蒸发是最基础、最广泛、最重要的物理过程之一，但蒸发液滴动态过程的气相浓度表征极具挑战性。本文采用激光全息干涉技术，获得了乙醇–水双组分液滴蒸发过程中的气相浓度分布，并对丙二醇–水双组分液滴系统聚并现象进行观测。结果表明，不同组分液滴的蒸发速率和气相浓度场显著不同，且浓度梯度是驱动双组分液滴自发聚并运动的关键因素。本文提出了液滴蒸发特性表征的新思路，可为探索更加复杂的多组分液滴行为提供参考。

直接氨燃料电池(Direct Ammonia Fuel Cell, DAFC) 技术有望从燃料储运的角度解决燃料电池商业化瓶颈，实现良好水热管理是目前DAFC 研究的重要课题。基于此，本研究通过极化测试、电化学阻抗测试与拟合的方法探究了温度工况对DAFC 传质特性的影响。研究发现，DAFC 输出性能随着温度升高有极大提升，其峰值功率密度在90°C 的环境温度下达到28.02 mW·cm⁻²，为70°C 时的3.11 倍。极化损失上，DAFC 各项阻抗都在高温时得到改善，总阻抗从75°C 的3.08 Ω·cm²降低为90°C 的2.42 Ω·cm²，其中传质阻抗降低0.582 Ω·cm²，变化最为显著。但对阳极扩散电极内的传质过程而言，相同的温度变化反而会增加约0.4 Ω·cm² 的传质阻抗，这表明DAFC 在高温时两相流动更加复杂。本研究成果能够在一定程度上弥补DAFC 水热管理研究的空白，并为后续研究奠定基础。

相变材料(PCM) 因其具有在熔化时可以吸收大量潜热、相变时近似恒温等优势，在电子设备热管理中显示出巨大的潜力。但PCM 导热系数通常较低，热阻大，导致热管理性能不佳。压力辅助的接触熔化是解决该问题的有效方法。本研究提出了一种弹簧加压的紧凑型接触熔化PCM 热管理器件，通过实验测试探究了其在不同工况下热管理性能，并将其与封装有纯PCM 和多孔泡沫铜复合PCM 器件的热管理性能进行比较。结果表明，当热源发热时，纯PCM 与泡沫铜复合PCM 器件对应的热源温度随时间持续升高，而弹簧加压PCM 热管理器件热源温度升高至略高于PCM 相变温度后能维持稳定。且当热流密度为10000 W/m² 时，相较于纯PCM 和泡沫铜复合PCM 器件，弹簧加压PCM 器件的热源温度分别最大降低了30°C和19°C。

随着空间任务的增多，变重力条件下的膜态沸腾无法有效控制，为了更好地了解重力条件下的膜态沸腾换热性能及其机理，本文基于OpenFoam，耦合了VOF 方法和Tanasawa 相变模型，针对变重力下的膜态沸腾开展数值模拟。结果表明，低重力和常重力下，气泡呈周期性释放，超重力条件无明显释放规律。随着重力增大，气泡脱离频率增大，较好地遏制了膜态沸腾。气泡运动加快了气膜层的对流换热从而提升了表面换热性能，5g 工况下的壁面努塞尔数是0.5g 的2.7 倍。

针对水下低流速蒸汽泡凝结振荡特性，采用VOF 模型和双阻力相变模型开展数值模拟计算，分析了入口流速在0.25∼1.0 m·s⁻¹ 和水温在40∼70°C 工况下汽泡流动换热特性。研究发现，汽泡夹断过程颈部半径变化可用两个分段幂函数来描述，第二段幂函数指数κ₂ 随入口流速增加变化显著，从0.87 增加到1.27。汽泡夹断脱离时刻内压振荡剧烈，振荡幅度和脱离频率随入口流速增大和水温降低而增大。生长颈缩阶段界面换热系数先增大后减小，脱离溃灭阶段界面换热系数呈指数增长，界面瞬时换热系数最高可达kW·m⁻²·K⁻¹ 量级。蒸汽泡受力分析表明，颈缩夹断过程压差力和凝结作用力对汽泡振荡起主导作用；随着入口流速和水温的增大，颈缩末期凝结作用力作用凸显，与压差力比值从0.6 增大到0.8。

为改善电化学储能电站底部冷板热管理系统中电池上下温差大的问题，本文首先分析添加导热铝板对电池上下温差大的影响，然后分别对电池布局和间距等电池排布方式进行分析。结果表明：在3C 放电倍率下，添加导热铝板，电池模组最高温度可降低3.34 K，温差降低7.37 K；在电池模组宽度和厚度方向添加相同厚度导热铝板的布局方式要优于添加不同厚度导热铝板的布局方式；通过温度参数降幅程度可得，电池模组IX 降幅最大，即导热铝板厚度为12 mm 时，散热效果最佳。

颗粒介质是工业生产中的常见材料。移动床换热器作为针对颗粒材料高品位余热的间接换热型热回收设备，在工业中应用广泛。但颗粒材料的动态特性是一个较为复杂的问题，往往同时存在类似固体或流体的特征。如何分析颗粒流动结构的转变，表征颗粒流动现象对准确预测移动床内颗粒流动特性具有重要意义。本文以颗粒外掠单管为例，采用离散单元法(DEM) 模拟颗粒流动状态，讨论了颗粒在非等截面流道中的颗粒脉动与流动分离现象，以及在稠密，稀疏的不同状态下显现出的类固/液/气体特征。结果表明，颗粒流态对换热性能具有影响，且处于类液体状态时换热性能最好。

复合材料广泛应用于汽车、建筑及航天航空等工程领域，材料使用过程中吸附湿分可显著影响其物理特性，且孔隙内部热湿耦合输运可引发潜在安全问题并影响材料工程性能，因此在工程应用中需控制复合材料吸湿量。然而，对复合材料进行吸湿调控的方法及其机制目前尚不清晰，这导致不同环境中的材料吸湿调控效果难以预测。本文利用硅氧烷对硅基复合材料进行疏水改性，实现了材料吸湿量的显著降低。开展了疏水复合材料吸湿核磁共振实验，结果表明疏水孔隙中湿分以非连续水簇形式存在，揭示出水蒸气扩散与表面吸附共同主导的疏水材料动态吸湿机制。根据该机制提出了疏水多孔动态吸湿物理模型，准确预测了疏水材料吸湿量动态变化情况，可为工程中复合材料吸湿的调控及预测提供理论支撑及指导。

海洋油气输运中，断流会导致液塞生长，进一步导致出口流量的剧烈波动，造成极大压力损失。本文以水平114 m、下倾18.7 m、立管16.3 m 的集输立管系统为研究对象，对不同集输立管参数的气液两相流断流范围进行了数值模拟研究。结果表明，下倾角度越小，断流发生区域越小；在立管底部压力相同的情况下，立管高度越大，分离器压力越小，断流发生区域越大。此外，本文预测模型可以得出给定流量下断流发生的临界管径，为海上油气混输管道设计提供理论参考。

为系统全面地了解低斯托克斯数载粒子射流(low-Stokes-number particle-laden jet，LSPJ) 的动力学特性，以及开展进一步的研究补充验证泰勒流体粒子理论对更小粒子情况下载粒子射流的适用性，搭建了LSPJ 实验台，采用粒子图像测速法(PIV) 分别进行了六组不同初速度下的宏观大尺度和介观尺度测量实验。得到了两种尺度下LSPJ 的粒子瞬时、平均和脉动速度，对比分析了其演变规律。基于实验数据和文献预测了泰勒流体粒子理论对更小粒子情况下的速度衰减。结果表明，沿射流中心线的粒子平均速度和脉动速度均呈现出先增大后减小的衰减趋势，混合夹带和高低速过渡使得喷嘴出口处的脉动速度的增大趋势更加明显；喷嘴附近的平均速度场呈现出中间较大、边缘和过渡区较小的“锥形” 分布，脉动速度场则相反。不同实验参数下的泰勒流体粒子理论模型预测值和实验值吻合较好，最大累积误差为4.42%。射流下游的横向剖面速度在x/D 大于10 时表现出较强的自相似性。研究结果可为发动机喷雾燃烧等相关实际应用研究提供基础。

气固流动特性是燃料反应器设计与优化的关键参数，直接影响燃料利用效率与系统稳定性。本文基于机器学习对化学链制氢系统中的燃料反应器内部的气固流动特性进行快速预测。通过采集计算流体动力学的模拟结果，构建了机器学习的数据集，采用长短记忆网络进行模型训练与优化，实现了对气固流动特性的高精度预测。结果表明，机器学习模型能够有效捕捉气固流动的复杂非线性关系，大幅降低计算耗时，预测结果与模拟数据吻合良好，长短记忆网络能够获得时序演变结果和实现提前预测。本研究为燃料反应器的智能化设计与实时调控提供了新的技术手段，具有重要的工程应用价值。

串联楔形图案由于快速长距离运输液滴的能力在强化冷凝、微流体控制等领域具有重要的研究价值。本文对串联楔形几何结构进行优化，设计了梯度楔形角、梯度差值的串联楔形图案，优化后的图案提高了液滴的运输性能。为减小液滴通过连接处时的钉扎阻力，开发了首楔形图案和波浪形图案，实验结果显示两种图案均能提高液滴运输速度。通过实验验证了加热基底能减小液滴运输的黏性阻力，但是过度加热将削弱液滴的驱动力。

基于多物理场耦合理论，采用动网格方法建立了热风–极片湿涂层传热传质动态干燥模型。为提高计算效率，对干燥模型进行无网格并行简化，模型结果与文献数据误差在±15% 内，模型具有可靠性。基于该模型，本文研究了不同运行参数对运动干燥过程中湿涂层传热传质特性的影响规律。结果表明，湿涂层的液膜厚度(LFT) 随干燥时间的增加线性减小，其减小速率随热风速度的增大和温度的升高而显著增大；孔隙排空速率(PER) 随干燥时间先增大后减小，其最值随热风速度的增大和温度的升高而增大。基于上述结果，本文对比研究了热风速度和温度对湿涂层不同分区干燥均匀性的影响。结果表明，与提高热风温度相比，提高热风速度对改善湿涂层干燥均匀性有更好的效果。

为了精确控制游动微生物在高值产物生产等过程中反应器流动分布，并探究利用微生物自身游动促进反应器内混合分布的可行性，建立了一个基于有限体积法的液固两相、双向耦合连续–离散模型，并考虑了微生物的主动运动。微生物游动方向受到重力、环境涡流以及高斯白噪声共同作用。基于构建的模型，在静止的矩形区域内研究微生物的分布和群体参数变化以及对环境流体造成的活性湍流。结果发现了悬浮液中多种活性分布现象。随后本文针对不同微生物质量分数及颗粒雷诺数做出相图并分析相分布随两自变量影响的关系。该模型提供了微生物悬浮液活性系统流动精细控制预测设计方案，为高浓度微生物的高效利用提供理论指导。

畜牧轴流风机的扩散筒和进气箱对风机性能影响很大，但目前的研究很少。本文在整机计算基础上，首先以静压效率最大为目标函数，对扩散筒进行了优化，其次在静压约束的条件下，以进气流量最大为目标函数对进气箱进行优化。气动性能计算表明，曲线型扩散筒和进气箱经优化后，优化风机相对初始风机，设计静压下，流量提高了4.26%，静压效率提高了10.18%，能效比提高了12.6%；设计流量下，静压提高了10 Pa，静压效率提高了4.87%，能效比提高了1.74%。上述研究显示畜牧轴流风机的扩散筒与进气箱对风机性能有明显影响，也显示本文所采用的快速高效的分步优化方法的可行性。

本文设计出一种心型的小翼进行尾流实验，对比课题组已经设计并实验的V 型小翼的尾流实验，对比两种不同小翼的尾流亏损情况。本文使用低频PIV 系统进行风洞试验。两台模型水平轴风力涡轮机串联布置，上游风力机带有相同的小翼。分别探究下游风力机加装不同小翼尾迹流场的变化情况。考虑两个风轮间距和下游风力机不同小翼结构的变化，综合分析了小翼和风轮间距对下游风力机叶尖涡、轴向速度和湍流强度的影响，揭示了尾流损失的作用机理。实验结果表明，在2D 和3D 情况下小翼结构的影响相对于风轮间距，引起尾流损失变化起主导作用。然而，在大间距(4D) 情况下，造成风机下游尾流变化的主要因素是距离。尾流速度亏损的变化由尾流场的特征决定，而尾流场的特征则由发展距离和小翼共同决定。

循环流化床(CFB) 锅炉作为一种高效的清洁燃烧技术，在现代火力发电厂中扮演着重要角色。床温偏差问题直接影响锅炉的燃烧效率、安全性和环保性能。本文综述了床温偏差的定义、成因及控制策略，分析了布风效率、床压控制、分离器布置方式等关键因素对床温分布的影响。研究显示，通过运行参数调整和循环系统改造可以有效改善床温偏差。未来研究需聚焦于提高检测与控制技术的精度、深入研究不同工况下的影响因素、考虑多因素的综合优化策略，并开发适用于不同类型和容量CFB锅炉的标准化改进方案。本文为CFB 锅炉床温偏差问题的研究提供了全面的分析和未来研究方向，旨在推动CFB 锅炉技术优化运行和长期稳定性，为能源行业的高质量发展提供科学依据和技术支持。

液环泵内气相区域压力分布呈排气侧高压、吸气侧低压，在其压力差的作用下，气体介质在叶轮轴向叶顶间隙处产生泄漏，复杂间隙泄漏流的时空演化特性导致泵的效率和运行稳定性降低；针对此问题，提出斜切叶顶结构被动流动控制方法对泵轴向间隙泄漏流动进行控制，探究斜切叶顶对液环泵轴向间隙泄漏流的控制效果及影响机理。研究结果表明，相比原始平顶型叶顶，斜切叶顶液环泵在进口质量流量为0.03 kg/s 工况下的进口真空度提升1000 Pa，效率提升0.3 个百分点。斜切叶顶对间隙泄漏流的控制效果与泄漏流强度密切相关；当弱泄漏流流经斜切叶顶时在斜切腔附近无法形成诱导涡，而直接沿斜切面流动至下游流道，造成泄漏恶化；当泄漏流增强时，在斜切叶顶位置产生诱导涡结构，其与间隙泄漏流相互作用会消耗泄漏流的能量，进而抑制泄漏流向下游流道内的发展，起到正面的控制效果。研究结果可为液环泵性能优化及斜切叶顶在液环泵上的工程应用提供理论参考。

角区分离是压气机中典型的二次流现象，严重时将导致压气机效率大幅降低甚至提前失速。本文基于一种可量化叶片载荷分布的造型方法，以高亚音速压气机叶栅V103-B 为原型，通过调整叶型型线的曲率来获得具有不同载荷分布系数的压气机叶型，探索载荷分布对压气机叶栅性能及角区分离的影响。研究结果表明：前加载能够显著提升叶栅性能，改善压气机叶片角区分离。在载荷分布系数1.16 下，压气机叶片角区分离范围明显减小，集中脱落涡被显著抑制，总压损失系数降低了19.6%。

基于熵产理论，本文采用高精度三维数值模拟方法，结合流动物理机理分析，对离心压气机的损失来源进行定量研究。以Radiver 和HECC 离心压气机为研究对象，系统分析了其内部损失构成及分布特性。研究结果表明，随着流量减小，叶轮损失在整级中的占比显著上升，从近堵塞工况的20%∼30% 上升至近失速工况的50%∼60%。在叶轮内部，损失主要集中分布近机匣区域，约占叶轮总损失的50%；叶轮出口与近叶片区域为次要损失源。在HECC 压气机中，叶轮内部以附面层损失与泄漏流损失为主，尾迹损失次之，激波损失占比较小，大流量工况下扩压器损失最为突出。本文对比了基于几何划分与基于物理机理的两种损失划分方法，几何划分法虽直观但存在多机制损失耦合问题，而物理划分方法可有效追溯损失来源并量化其贡献，为压气机气动优化提供理论依据与方法支撑。

在来流马赫数为0.22 条件下，采用风洞试验对带有局部径向间隙的压气机可调叶片平面叶栅出口截面进行测量，并采用油流方法捕捉流场结构。结果显示，间隙泄漏涡挤压通道涡至流道中部，增大了角区分离尺度，使总压损失增加16.3%。在径向间隙内部针对间隙泄漏流动采用抽吸流动控制方法，在0.22% 的抽吸率下使损失下降6.1%。油流结果显示，在抽吸孔下游形成新的分离线，使间隙泄漏流分离线起始位置向下游移动，推迟了泄漏涡的发展，从而抑制了损失产生。