为解决低压级热源温度与蒸发压力不匹配问题，在基本串联双压有机朗肯循环(dual-pressure organic Rankine cycle,DPORC) 系统基础上提出一种双气液分离器的DPORC(double gas-liquid separator, DS-DPORC) 系统。对比分析DPORC与DS-DPORC 系统热力性能；并分别采用传统㶲与先进㶲分析方法对优化后DS-DPORC 系统及各部件改进潜力和相互影响关系展开研究。结果表明：高、低压级循环分别存在最佳蒸发压力使得两系统热力性能达到最优，优化后DS-DPORC 相比DPORC 净输出功提升10.02%，㶲效率提升10.4%；传统㶲与先进㶲分析方法获得DS-DPORC 系统各部件优先改进顺序有所区别，前者认为㶲损最高的预热器具有最大改进潜力，而后者综合考虑可避免㶲损率及实际㶲损认为高压透平改进优先级最高，且各部件㶲损大部分为内源㶲损，各部件间相互依赖性较差。

钙循环技术(CaL) 因其耐高温、高储热密度，与聚光太阳能(CSP) 电站高度契合。然而，CaO 循环稳定性差、吸光性能差，限制了系统的整体效率。本研究以钢渣为原料，通过醋酸浸渍并掺杂不同比例的锰来制备新型钙基材料。结果表明，掺杂5% 锰的材料性能最佳。通过热重测试和30 次循环储热实验，与CaO 相比，吸附速率提高85%，储能密度提升73%。此外，其吸光率为CaO 的9.5 倍。光驱动模拟实验也进一步验证了其在系统中的应用潜力，展示了用于新一代CaL-CSP 系统的广泛前景。

对基于不同光伏类型的水冷型PVT(光伏光热一体化) 热泵系统进行了仿真研究。建立了光伏电池能量损失模型与水冷型PVT 热泵系统数学模型，并进行实验验证。分析了PERC(钝化发射极和背面电池)/TOPCON(隧穿氧化钝化接触电池)/HJT(异质结电池) 三种高效单晶硅光伏组件在不同温度下的能量分布、计算得出温度系数。结果显示不同电池的温度敏感性不同，其中HJT 温度系数的绝对值最低，为−0.27%。比较了基于3 种电池的水冷型PVT 热泵系统在全年典型日下的性能，表明HJT 组件发电效率相比PERC 可提升12%∼15%，典型日平均COP 相比PERC 系统仅降低了0.8%∼1.3%，选用高性能光伏组件是PVT 热泵系统提质增效的有力途径。系统夏季COP 可达7.11，冬季COP 可达4.62。

超临界二氧化碳(S-CO₂) 布雷顿循环应用于深海、极地等低温冷源场景时，压缩机入口温度受限于CO₂ 的临界参数(30.98°C) 而无法进一步降低，在CO₂ 中添加第二组分工质是调整临界温度、提高系统循环效率的有效途径。本文对低温环境下的S-CO₂ 混合工质布雷顿循环系统进行热力学性能分析，选取SF₆、Xe、Kr、Ar 气体作为添加工质，分析主压缩机入口温度、透平入口温度、透平入口压力和分流比在不同工质和不同临界温度下对系统循环热效率的影响。结果表明，加入上述添加剂均能提高循环热效率，其中加入Xe 和Kr 对系统循环热效率的提升最大，在混合工质临界温度为14°C 时，CO₂-Xe 和CO₂-Kr 相对于纯CO₂ 的最佳循环热效率增加分别为2.4%、2.3%

随着空间探索任务的不断深入，对高效、可靠的空间核电源需求日益迫切。本文建立了一种由铯热离子能量转换器(Cesium Thermionic Energy Converter, CTEC) 和温差发电器(Thermoelectric Generator, TEG) 组成的静态混合动力发电系统的数学模型，考虑了CTEC 模块的不可逆热损失和附加能垒，以及TEG 模块的汤姆逊效应。探究CTEC 输出电压、阳极功函数、TEG 电流对系统输出功率、转换效率的影响。结果显示：混合发电系统的输出功率与转换效率随CTEC 输出电压的增大呈抛物线关系，减小阳极功函数有利于提高系统性能，TEG 电流变化对系统影响较小，通过效率随输出功率的变化确定了该系统的最佳工作区间，为今后CTEC-TEG 混合发电系统的优化设计和应用提供了参考。