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。

本研究采用液固两相欧拉–多流体模型和多相质点网格法(MP-PIC)，结合不同曳力模型对液固流化床内不同密度的二元颗粒流动特性进行数值模拟研究。模拟结果表明，欧拉–欧拉双流体模型(TFM) 和多相质点网格法(MP-PIC) 都能预测液固流化床内二元颗粒流动过程，但多相质量网格法(MP-PIC) 的预测结果能够再现液固流化床内二元颗粒的分离特性。相比于Gidaspow、Wen-Yu 曳力模型，BVK 曳力模型考虑了多组分的流动，对二元颗粒系统具有更好的适用性。动态分离指数被用于定量分析液固流化床内二元颗粒的分离特性，随着颗粒的流动，颗粒的分离指数先急剧增加然后缓慢减小，最终趋于稳定达到动态分离。通过对颗粒弥散系数和颗粒拟温度的分析，发现双组分颗粒的相互作用存在明显差异，多相质量网格法(MP-PIC)能更好预测粒子之间的局部相互作用。

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。

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。

阻碍池沸腾性能提高的关键挑战在于有效排出大量蒸汽并向受热面提供新鲜液体。本文采用微通道阵列形成分离的汽液通道，实现液体补充和主动强制对流，强化池沸腾换热性能。采用平直和扩张微通道在0.1 MPa 下进行去离子水的饱和池沸腾实验，比较了其上的气泡行为、沸腾曲线和传热系数。由于微通道阵列的连续排汽和供液，160 W/cm² 下的壁面过热度降低了14°C，沸腾换热系数提高了2 倍，验证了利用受限拉长气泡的表面张力效应诱导受限微通道内气液分离流动的有效性。