柔性热管在人体热管理和柔性电子器件冷却等领域具有广阔的应用前景，然而现有柔性热管的柔性有限且传热性能无法满足实际需求。本研究根据脉动热管的工作原理，利用丙酮为工质，采用聚四氟乙烯毛细管制作了具有多个传热分支的柔性热管。其每个传热分支都能单独弯折，表现出良好的柔性。同时，该热管还具有优异的传热性能，其等效导热系数高达4333 W·m⁻¹·K⁻¹。因此，该热管有助于推动热管理服装、柔性电子产品散热及低品位热能利用等领域的发展。

糖醇类相变材料(PCMs) 在中温范围内因其综合性能优异而备受关注。目前，以单一目标进行优化的糖醇类复合PCMs，其综合性能的评价尚不完善。本文以赤藓糖醇(Ery) 作为PCMs，联合膨胀石墨(EG) 和纳米Al₂O₃ 作为添加剂，采用熔融共混法制备了三元复合PCMs，并对其综合性能进行了评价。结果表明：三元复合PCMs 各组元之间具有很好的物理相容性。其中，三元复合PCMs 0.5% Al₂O₃ / 1.5% EG/Ery 的综合性能最优。该三元复合PCMs 在保持高熔化焓(312.9 kJ/kg) 的基础上，相较于Ery，导热系数达到了1.083 W/(m·K)，提升了54%。在等温冷却测试中，其过冷度减小了9.3°C；在非等温冷却测试中，过冷度减小了16.7°C。热解温度提高了20°C，最高热解速率温度提高了8.3°C，因此热稳定性显著提升。此外，经过40 次等温循环测试后，其过冷度和熔化焓基本保持不变，表现出良好的循环稳定性。

结霜通常对设备造成负面影响，将超声波用于抑霜/除霜，可实现无停机化霜、除霜时制冷制热不间断。但由于机理不明晰、实用存在技术难点，未能得到普及应用。本文从机理及实用化两方面综述其研究现状，首先介绍了超声波特性，包括常用超声类型及其传播、抑霜/除霜超声效应、冷表面等效应力分布；随后论述了超声波通过延迟液滴生成、延缓液滴冻结、破碎冻结液滴和抑制霜晶生长抑制结霜；接着基于霜晶断裂除霜、除霜影响因素和除霜强化方式，总结了超声波除霜机理；然后从设备抑霜/除霜效果、抑霜/除霜能耗对比、实用难点及问题，对超声波抑霜/除霜实用展开梳理；最后，对超声波用于抑霜/除霜的前景进行展望，为后续研究提供参考。

光伏–热电混合发电系统是一种具有潜力的太阳能发电技术，然而传统串联式的光伏–热电发电系统存在器件运行温度不匹配和传热热阻较大的问题。本文提出了一种双面型具有三明治结构的光伏–热电混合发电系统，并搭建了相应的实验测试装置，在室内稳态条件下研究了不同辐照强度，冷却水流量对新型系统性能的影响。实验数据表明，双面型系统中光伏组件和热电发电器件的输出功率都要优于传统串联式系统。同时，提高辐照强度可以增加系统发电能力但会降低光伏发电效率，提高冷却水流量可以进一步提升系统输出性能。

部分HFCs 制冷剂具有较高的温室效应值，根据国际环保公约要求，即将迎来大规模的淘汰和销毁工作，因此需要构建低能耗、高效率的降解处理方案。本文基于已有的光热协同分解的技术路线，对比分析了多种催化材料在R134a 光热协同分解中的性能差异，通过催化剂表征深入分析得到了包括形貌、能带结构、光电性能等材料性能对反应速率的影响规律。基于对这一规律的认识，选择锐钛矿TiO₂ 作为基材进行了改性，改性后的催化剂在30 min 内能实现98% 以上的降解率，反应速率较改性前提高了3.8 倍。

压缩空气储能(CAES) 系统在释能阶段储气室中空气的压力逐渐降低，当其低于某一值后，机组无法实现额定的总输出功率，为了解决此问题，本研究提出将旁路系统应用于CAES 系统的膨胀机中。本文为某CAES 系统的膨胀机组设计了3类旁路系统：一级(3 种)、二级(3 种) 和三级(1 种) 旁路系统，共7 种。通过调节主阀和旁路阀的开度，改变部分涡轮的进出口总压，进而改变其质量流率和输出功率，实现机组额定的总输出功率。结果表明：能实现预期工作效果的共有5 种，采用三级旁路系统能实现最低的储气室中空气的终态压力，扩大机组的滑压运行范围。效果最优的为分别调控T1、T2 的二级旁路系统，能实现机组最长的发电时间和系统最高的能量密度，相比于原机组提升了71.25%。采用旁路控制的方法能延长机组的发电时间，提高系统的能量密度。

正仲氢转化是氢液化系统不可缺少的关键过程。总结了国内外正仲氢转化实验研究进展，综合比较了各种正仲氢转化方案的优缺点，分析了铁的氢氧化物及氧化物催化剂和负载型镍基催化剂等典型正仲氢催化剂在活化方法与催化效率上的差异，进一步总结了各类正仲氢浓度测量方法及其原理。在正仲氢转化催化剂的选择方面，文献结论表明负载型镍基催化剂催化效率较高，但综合考虑催化剂制备、活化、失活以及液化器工作需求后，铁的氢氧化物以及氧化物催化剂仍是面向应用的主流催化剂选择。在正仲氢组分测量方法中，相对于光谱法、声速测量、核磁共振、焓值测量等方法，基于热导法的正仲氢浓度测量方法在精度、响应速度、经济性、可操作性等方面具有综合优势，可作为仲氢浓度测量的首选方案。大型氢液化装置朝着更高效、更紧凑、更可靠的方向发展，连续转化是未来氢液化流程中正仲氢转化的主流方案。然而，目前国内对正仲氢连续转化的研究大多停留在概念分析和工艺应用上，缺乏低温工况下氢气转化、流动与传热数据，缺少相关高精度关联式。基于正仲氢连续催化转化与冷却降温的低温工况实测数据，开发氢换热器的传热、压降和转化高精度关联式，实现正仲氢连续催化转化式换热器的精准设计将是未来亟待开展的工作。

热导率是反映材料热性能的重要参数，不管是用于散热还是绝热，对材料热导率的准确测试具有重要意义。本文综述一种适应性强、测试便捷、样品制备简单、测试设备成本低的热导率测试方法—3ω 法，首先介绍了利用3ω 法测试热导率的基本原理；然后给出不同样品测试结构下热传输数学模型的温升解析解，包括半无限大衬底、薄膜结构、多层结构和细线结构样品；介绍了各种改进的3ω 法，包括对薄膜热导率各向异性的测试、可以减少无关因素影响的差分3ω 法、通过热穿透深度等效的方式利用阻抗模型拟合热导率的方法，同时介绍了3ω 测试技术在传感器上的应用；最后，指出3ω 法测试过程中可能的误差来源，以及提升测试精度的方法。本文将有助于研究人员进行热导率测试的研究，对3ω 法的设计与分析提供指导。

国际海事组织(IMO) 和各港口国对船舶能效提出了日益严苛的要求，基于余热回收的船舶能效提升是应对这一挑战的有效途径之一。TEG-ORC 联合循环是一种可实现船舶多种余热梯级利用的新方法，但底循环比对联合循环系统性能的影响研究较少。优化了联合循环理论模型，开展了变底循环比对系统主要参数性能影响的实验研究。实验结果表明：在ORC 底循环工质选择R245fa，工质质量流量为0.079 kg/s 及蒸发压力为0.7 MPa 的工况下，随着底循环比逐渐增加，系统输出功率和主机烟气余热利用率增加，而联合循环系统发电成本降低。在TEG/ORC 底循环比为0.885 时，主机烟气余热利用率85.07%，系统总输出功率688.4 W，系统热效率7.07%，联合循环系统发电成本3.338 CNY/kWh。

CW 型原表面回热器以结构紧凑和高效低阻的优势成为微型燃气轮机回热装置的最佳选择。然而，基于换热芯体对CW型原表面回热器进出口结构的研究鲜有公开成果。本文基于换热芯体构建了五个对比模型：考虑CW 型通道结构壁面模型、不考虑CW 型通道结构壁面模型、倾斜角α=60° 模型、倾斜角α=45° 模型和倾斜角α=30° 模型。对进出口结构倾角α 对CW型通道结构的热力学性能的影响进行对比分析，进而对倾角α 进行寻优。结果显示，倾角对CW 型通道结构的温升分布影响较小，对其进出口附近的压降影响显著。从热力学第一和第二定律角度对五种模型进行总体对比分析后可得最佳倾斜角α=45°。

袋状破碎是一种典型的过冷大水滴破碎模式。结合实验和数值仿真方法对水滴在连续气流中发生变形破碎的过程进行了研究。绘制了变形破碎模式图，明确了袋状破碎的发生条件。分析了袋状破碎过程中初始水滴变形率、速度和子液滴粒径分布情况并对袋状破碎过程中各阶段水滴形态变化的原因进行了解释。研究表明，水滴发生袋状破碎对应的气相雷诺数和气相韦伯数范围分别为3100∼4250 和12∼18。盘形时刻，水滴水平方向变形率约为0.4，且随气相韦伯数的增加，水平方向变形率无明显变化，水滴竖直方向变形率随气相韦伯数的增大而缓慢增大。气相韦伯数为13.4 时，水滴发生袋状破碎，液滴完全破碎后，子液滴的无因次粒径分布范围为0∼0.28，呈单峰分布，子液滴数量的峰值在无因次粒径为0.024 时出现。本文的研究对于改进过冷大水滴袋状破碎模型，进而提高过冷大水滴结冰数值模拟的准确性具有重要作用。

预燃室射流燃烧技术是实现点燃式发动机热效率突破的重要技术路线，目前针对预燃室发动机射流燃烧机理仍存在诸多研究不足。本文回顾了预燃室发动机射流燃烧技术发展，报道了预燃室发动机射流燃烧激光诊断和数值仿真近期研究进展。研究表明，预燃室发动机点火模式分为“火焰点火” 和“射流点火” 两种。“火焰点火” 模式下预燃室喷孔处不发生火焰淬熄，燃烧稳定性好，利于提高发动机热效率。氨燃料由于火焰淬熄距离大，预燃室点火易出现“射流点火” 模式，导致发动机燃烧稳定性和热效率下降。

质子交换膜燃料电池(PEMFC) 生成的液态水如无法及时排出会引起“水淹” 现象，进而阻碍反应气体的扩散传质，导致电池性能下降。流场结构是影响反应物和生成物输运特性的决定性因素之一。本研究通过三维两相PEMFC 数值模型，对比分析了108 cm² 大面积传统和阴极流道具有渐扩设计的平行流场结构的PEMFC 整体性能。研究发现，改进平行流场结构增强了液态水的排出性能，并且具有更均匀的电流密度和氧气分布，因此，提升了PEMFC 的整体性能。与传统平行流场相比，改进平行流场最优结构设计方案的功率密度、电流密度均匀性和温度均匀性分别提高了2.31%、15.31% 和8.82%。此外，通过熵权法进行综合评价，发现最优的改进平行流场结构设计方案将PEMFC 整体性能的综合评价指标从0.057 提高到0.309。

正仲氢连续催化转化是实现氢液化装置低能耗化的关键技术。正仲氢转化热具有温度相关性，且转化热随换热器沿程剧烈变化，影响氢气流动降温过程。本文针对连续转化式低温氢气板翅式换热器，通过理论分析与建立动态仿真模型研究连续转化式低温氢气换热器换热与催化匹配特性。结果显示，在不同温区具有最佳冷流体流量。以氦气为冷流体，在80∼60 K 范围最佳冷热质量流量比为3.5，在60∼40 K 范围最佳冷热质量流量比为4.7。该动态仿真揭示了氢气换热器内正仲转化与冷却流体间传热–催化匹配关系，为实际氢液化流程的设计和优化提供参考，有助于提高工艺效率、降低能源消耗，并推动氢能领域的可持续发展。

分别采用反射热成像温度场测试技术和全带跨尺度仿真针对GaN 晶体管非傅里叶热输运进行研究。在GaN 外延结构上设计和加工了不同尺寸的加热电极，借助反射热成像方法的高空间分辨率优势，观察到了低至500 nm 尺寸热源的温度场分布，更加直接地测定了样品热点温度。基于全带声子蒙特卡洛及有限元方法的三维跨尺度仿真的模拟结果与实验值具有较好一致性，均表明声子弹道效应导致热点温度显著增加。随着热源尺寸的减小，基于傅里叶定律的预测偏差逐渐增大，表明了高分辨率温度场实验和全带跨尺度热仿真相结合对准确预测器件结温的重要性。

超临界二氧化碳(SCO₂) 布雷顿循环的循环效率与循环系统中部件的参数有密切的联系。本文基于MATLAB/Simulink 平台建立了关于SCO₂ 布雷顿循环的模块化计算程序，采用分流再压缩及二次再热方案对大容量燃煤发电系统进行了设计和分析，重点考察了透平，压缩机、烟气冷却器的关键参数的影响。研究表明：再压缩机最佳的分流比随着透平入口压力的提高而降低；烟气冷却器的分流比会显著影响锅炉换热器的功率分布；随着压缩机的入口温度和入口压力的提高，循环效率均逐渐下降；35 MPa，600°C 等级系统的最高循环效率可达到53.34%，此时，再热压力为25 MPa/16 MPa，再压缩机和烟气冷却器的分流比分别为0.3 和0.05。本文的研究结果对大型燃煤SCO₂ 发电系统的建立和优化具有重要的参考价值。

电解海水制氢被认为是未来极具发展前景的新型制氢方法。然而，阳极侧存在析氧反应(OER) 过电位高、动力学过程缓慢以及析氯反应(CER) 对电极造成腐蚀等问题，使电解海水制氢技术面临巨大挑战。近年相关研究表明，将肼、尿素、硫化物、糖类、微塑料等物质的氧化反应耦合入电解海水制氢体系的阳极侧，可替代OER，避免氯腐蚀等问题并实现更高经济效益。本文系统综述了电解海水制氢的原理、面临的挑战和相关催化剂的研究现状，重点总结了近年来电解海水耦合低电耗氧化反应在制氢领域的进展，并对电解海水制氢技术仍需突破的问题和未来的研究方向进行了展望。

CO₂ 作为一种自然工质，环保性能优，生产成本低廉，是高环害制冷剂的理想替代品。为改善系统能效表现，补气增焓技术凭借其结构简单、运行可靠的优势，被广泛应用于CO₂ 热泵系统。然而，运行压力高和节流损失大等固有问题依然限制着补气增焓CO₂ 热泵系统的应用与推广进程。为了解决上述问题，本研究将3 种低压制冷剂引入补气增焓CO₂ 热泵系统，以提高系统运行效率并降低运行压力。研究结果表明，CO₂/R161 补气增焓热泵系统的能效表现最优，相较于传统CO₂ 补气增焓热泵系统，CO₂/R161 补气增焓热泵系统能效的提升幅度最高达17.6%，且在85°C 出水温度工况下达到最高33.7% 的降压效果。

根据部分可观测信息反演传热系统的内部特征或热边界条件，构成了传热反问题。传热反问题广泛存在于能源动力工程、冶金工程、智能机械制造、生物医学工程及航空航天等科学技术领域。近半个世纪，传热反问题计算方法与应用研究十分活跃。文中概述了传热反问题应用研究进展，系统地阐述了传热反问题计算方法研究进展；提出了传热反问题计算方法与应用研究当前面临的挑战与未来发展方向，为推动传热反问题数值计算技术与应用的发展，让传热反问题研究为生产实践赋能，为工业数字孪生体构建，为我国数字化转型国家战略实施做贡献。

爆震发动机相比于采用布雷顿循环的传统航空发动机具有更高的单位推力和更低的耗油率，具有广阔的应用前景。旋转爆震发动机由于具有工作频率高、单次点火和起动马赫数低等优点，近年来在全球航空航天领域引起了广泛关注，世界各国针对本研究领域的资助强度及工程应用化进程均处于迅猛发展态势。鉴于此，本文对国际上旋转爆震的研究进展进行综合评述，针对涡轮基旋转爆震发动机多个关键技术难题的研究现状进行了分析，详细描述了本研究团队在以上领域所取得的突破性进展。最后，对涡轮基旋转爆震发动机的未来发展进行展望。后续涡轮基旋转爆震发动机所开展的研究工作将瞄准内/外涵加力爆震及涡轮冲压旋转爆震组合发动机三个应用方向，攻克燃烧室宽范围可靠起爆、爆震波模态调控及传播增稳、燃烧室及喷注结构优化、压力回传抑制、燃烧室高效热防护、整机系统稳定匹配等关键技术性难题，加快旋转爆震发动机的工程化应用步伐。

为了解决化石燃料制氢发电过程中二氧化碳捕集困难，以及间歇不稳定太阳能利用中的供需不匹配问题，本文提出了一种太阳能驱动的源头脱碳氢电联产系统。该系统采用铁镍混合载氧体，降低了还原反应温度，同时实现了二氧化碳的高效捕集。研究结果表明，在太阳辐照强度为750 W/m² 的条件下，系统太阳能输入占比达到30.80%，制氢和发电设计工况下的能源利用率分别为67.23% 和59.47%。此外，通过调控入口载氧体的显热及其在反应过程中的氧化程度，系统可在变辐照条件下稳定运行，并灵活调节氢电输出，当太阳辐照强度为750 W/m² 时，氢电比的可调范围为0.17∼0.59 m³/kWh，展现出优异的变工况适应性。本研究为太阳能与天然气互补的高效氢电联产与源头脱碳提供了新的技术路径。

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。

高比例可再生能源接入背景下，源–荷不确定性和多能非线性耦合特征给分布式能源系统运行管理带来挑战。本文考虑电–热传输与转换过程的非线性特性，结合热量流模型和列约束生成算法，提出两阶段鲁棒优化模型及其双层迭代优化求解算法，与忽略非线性特性的简化鲁棒优化模型相比，降低运行成本3.2%。同时结果表明，在系统实际运行中，所提算法能够避免模型简化引起的鲁棒优化调度策略的不可行风险，验证了策略的经济性和鲁棒性。

斜流压缩机是大规模压缩空气储能系统组合压缩机的重要型式之一，变工况性能预测在斜流压缩机研发体系中至关重要，其不仅能快速地对初始设计参数进行评估，更针对储能系统压缩机变工况运行的特点进行整体最优参数选择，性能预测模型的准确性至关重要。本文以发展中大规模压缩空气储能系统斜流压缩机为研究对象，自编程建立了斜流压缩机一维性能预测程序，通过设计点参数给出程序对损失模型组合的最优选择结果。然后利用流量系数对非设计点损失模型进行修正，设计结果通过CFD 进行验证。结果表明该方法能够有效地预测斜流压缩机在不同导叶开度下的变工况性能。

多能联产系统在提高能源利用率、增强系统灵活性以及为终端用户整合多种能源方面至关重要。本文提出了一种大规模、跨季节、跨区域的基于二氧化碳(CO₂) 的冷热电燃料联产系统，建立了系统热力学模型，研究了CO₂ 质量流量系数、内部余热、压缩/膨胀级数、间冷器出口温度等参数对系统性能的影响。结果表明，随着二氧化碳储能模块CO₂ 质量流量与直接空气碳捕集模块捕集的CO₂ 质量流量之比从200 增大至600，系统能量利用因子从75% 提升至85%。当膨胀级数为3、4、5、6、8、10、11、13 和15 时，系统开始在较大的压缩级数上产生冷能。当压缩/膨胀级数为(14，5) 时，系统能量利用因子达到最大值105%。电–电往返效率和系统能量利用因子最优分别为70% 和105%。

卡诺电池是一种成本低、不受地理条件限制的新兴储能技术。采用相变材料蓄热的卡诺电池储能密度高，应用前景广阔。本文构建了基于填充床相变蓄热器的卡诺电池系统并建立其动态模型，分析了换热流体流量与有机工质流量对系统性能的影响，建立了1000 kW 设计功率下换热流体流量和有机工质流量的函数关系式。在此基础上以往返效率和储能密度为优化目标，采用NSGA-II 算法进行多目标优化，基于LINMAP 方法得到权衡后的往返效率和储能密度分别为62.74% 和12.96 kWh/m³。

全球变暖是人类面临的主要挑战之一，为了减少CO₂ 排放，需要构建低碳/无碳、可持续的新型能源体系。氨具有优良燃料性质和无碳特点，并且易于液化和储存，在能源转型中具有发展潜力。但氨燃烧过程存在挑战，包括火焰不稳定和高NO_x排放等问题。本文综述了通过添加活性小分子、氢氨共燃、富氧燃烧技术、等离子体辅助燃烧和柔和燃烧等方案来改善氨的火焰定性和降低NO_x 排放。在面向燃机使用氢氨燃料时，氨燃烧火焰在高压下比较稳定，由于高压下燃烧强度增强，火焰更加致密，因此通过增加压力可以略微延长富、贫燃吹熄当量比。液氨在燃机中应用存在能量消耗和成本问题，但通过预热空气和共烧小分子燃料可以提高其喷雾火焰的稳定性。

本文选用耗散粒子动力学的方法，构建了微通道内长链高分子运动模型，系统研究了高分子链的受限程度、雷诺数和通道结构对单个高分子链构象变化及运动规律的影响。研究发现，在直通道泊肃叶流动中，高分子链的质心分布呈双峰形状，且双峰的位置、峰值与受限程度和雷诺数紧密相关。另外，本文发现调整T 型通道的狭缝宽度，可控制不同链长的高分子链通过狭缝的周期，利用该机制可实现不同链长高分子的分离，在生物医学等领域具有应用价值。

热声热机是一类利用可压缩气体往复振荡来实现声能与热能之间相互转换的热机，核心部件由静态的高、低温换热器和回热器组成，结构简单。本文针对一台热声发动机的核心部件建立了三维局部模型，在该三维局部模型中，换热器采用管套管模型，回热器采用多孔介质模型，其中多孔介质模型需要的惯性阻力系数和黏性阻力系数采用孔隙方法计算获得。但三维模型网格量大且计算耗时长，为了简化计算，本文根据该三维模型建立了与之等效的Fluent 二维模型和Sage 一维模型。通过对比三种模型的计算结果发现，CFD 计算模型与Sage 计算模型在对时均温差与时均热流密度分布的捕捉基本相似，数值相近。但在阻力特性计算方面，两者差异较大，这是因为Sage 是一款一维模型软件，无法直接捕捉复杂流动变化带来的局部损失。但通过对比Fluent 二维和三维模型的计算结果，发现二者在阻力特性方面的计算结果较为接近。因此，在工程计算中，为了简化计算和节省时间，可以采用等效拓扑的二维Fluent 模型来替代三维模型。

为深入研究质子交换膜燃料电池中液态水分布规律，本文建立了包含气水热电力多物理场的非等温两相流模型，模拟两种不同类型气体扩散层( GDL) 材料在80°C、200 kPa(abs) 和80% RH 操作条件下的电池性能和液态水分布，同时开展性能测试及中子成像实验，并与模拟结果进行对比验证。结果表明：与使用Toray GDL 的燃料电池相比，使用Freudenberg GDL 的燃料电池具有更好的性能，尤其是在高电流密度下。使用Toray GDL 的电池液态水饱和度峰值出现在肋板下方的催化层中可达0.42，使用Freudenberg GDL 的液态水饱和度峰值出现在肋板下方的气体扩散层中可达0.25。

膜电极组件(MEA) 是电催化二氧化碳还原(eCO₂RR) 的关键部分，它将二氧化碳转化为有价值的化学品和燃料。本文提出了一种基于膜电极组件CO₂ 还原电解池的结构设计，同步实现CO₂ 的扩散和产物一氧化碳(CO) 的及时排出。实验考察了不同流道构型对于反应体系的催化活性、产物分布以及电流密度的影响，结果表明叶脉型仿生流道在2.5 V 槽压时，实现了高达96.72 % 的CO 法拉第效率，电流密度为115 mA·cm⁻²。结合数值模拟，建立起CO₂ 传质与电化学反应的耦合关系。

随着电动汽车和电子设备的快速发展，利用绝缘工质的浸没式相变冷却技术因在温控性能、集成化等方面优势明显逐渐受到关注，对该技术在低温工况下应用的需求也在不断增加。但目前关于绝缘冷却工质的沸腾传热基本机理尤其是低温工况下的研究较少。本文使用饱和压力(温度) 可控的气密性实验系统，在低饱和压力条件下研究液层静压对Novec 7100 在光滑铜表面的沸腾传热特性的影响。实验发现，临界热流密度随饱和压力的下降先降低后上升的特殊趋势。在饱和压力低于8.8 kPa后，池沸腾过程出现间歇性沸腾和自发过冷沸腾两种特殊的换热模式，临界热流密度会随液位高度增加而升高。当饱和压力为0.741 kPa 时，23 mm 和35 mm 液位高度的临界热流密度值相差最大，约39 kW/m²。

电极结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC) 系统中的传质过程具有重要影响。本研究重建了有序梯级多孔微孔层(MPL)和随机生成气体扩散层(GDL)，形成了MPL 的梯级介孔和均匀微孔气液分离通道。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)，Shan-Chen 多组分多相伪势模型被用于有序梯级多孔结构中液态水的传输机制研究。随后，本文研究了不同工作条件下GDL 中液态水的饱和度和MPL 中的气体含量。结果表明，有序正梯度多孔结构可以有效地去除液态水并在适当的驱动压差和流速下保留更多的反应气体，而润湿性梯度设计难以平衡水去除效率和气体保留。因此，通过优化工作条件，有序正梯度MPL 可以有效地优化PEMFC 中的液态水循环，并提高PEMFC 的电化学性能。

本文基于材料结构和物性之间的决定性关系，提出了一种通过3D 打印技术产生微结构实现材料热物性调控的方法。实验制备了不同3D 打印扫描速度的304L 不锈钢材料，通过微观结构特征分析和热物性测量，建立孔隙率、导热系数和扫描速度之间的相关性，并基于实验所得导热系数和扫描速度的非线性关系式k = 14.43 + 4.25 exp(−v/1187.7)，对扫描速度为1500 mm/s 的新样品导热系数进行预测和实验验证，0.6% 的误差说明上述热导率与扫描速度相关性的有效性。此外建立3D打印样品微孔结构二维传热模型，详细研究了孔结构对材料整体热物性的影响。

高热流密度的散热问题一直备受瞩目。本文提出了液态金属射流冲击冷却的散热方案，以期实现对高热流密度表面的高效散热。以Ga₆₈ln₂₀Sn₁₂ 和Na₂₂K₇₈ 为工质，进行液态金属射流冲击传热的数值模拟研究，并与水射流进行对比，改变射距和入口流速，探索二者对液态金属射流传热性能的影响。结果表明，在相同工况下，Na₂₂K₇₈ 射流的平均换热系数约为水射流的3.7 倍，Ga₆₈ln₂₀Sn₁₂ 射流的平均换热系数约为水射流的6 倍；当射距小于2 倍射流孔径时，传热性能最优，在射流核心区范围内改变射距对传热性能影响较小，但超过核心区范围持续增大射距将不利于传热；入口流速对传热性能有显著影响，增加流速可以强化传热，但强化效果会逐渐减弱。本文的研究结果对高热流密度散热研究具有参考价值。

固态界面热输运中非弹性声子散射的理解与建模是热物理领域的一个公开难题。本文基于声子非简谐非平衡格林函数方法，发展了一种计算和分解界面频谱能量交换的理论模型，研究分析了Si/Ge 界面热输运。对于高频声子，局域非简谐散射主导界面能量交换，而对于中低频声子，局域和非局域散射同等重要。界面声子模态的非简谐衰减起到桥接界面两侧声子体模态的关键作用。本文的研究将促进对界面热输运机理的认识和未来的理论模型发展。

为消除叶型表面曲率不连续对压气机叶片性能的影响，提高压气机平面叶栅的优化设计水平，提出一种表面曲率连续的参数化方法。利用Bezier 曲线端点导矢与控制点的性质，使对应控制点满足特定关系便可实现两条Bezier 曲线在衔接点处曲率连续。基于这一性质，对压气机叶型前、尾缘重新构型，采用最小二乘法对吸力面和压力面重新参数化，解决叶型参数化过程中前缘与叶身衔接点处曲率不连续的问题。运用数值模拟方法进行流场计算，并与原始叶型进行对比。结果表明：该参数化方法可得到表面曲率连续的压气机叶型，有效改善叶型前缘的流动，提高叶型的气动性能。

作为离心压缩机的关键部件之一，蜗壳优化设计对于提高离心压缩机气动性能具有重要的作用。本文以鹦鹉螺外壳螺旋线为仿生原型，采用仿生重构和逆向设计方法对离心压缩机蜗壳进行设计，并通过数值计算对离心压缩机气动性能及其内部流场进行模拟，对比分析原型蜗壳和仿生蜗壳内部流动特性以及对离心压缩机压比和效率的影响。结果表明：仿鹦鹉螺设计能够减小离心压缩机蜗壳内部总压损失，提高蜗壳静压恢复系数，使离心压缩机气动性能得到提升。在设计工况条件下，仿生蜗壳相较于原型蜗壳总压损失系数相对降低12.3%，静压恢复系数相对提升5.4%。当仿生鹦鹉螺设计的蜗壳被采用，离心压缩机的多变效率最大增加了1.42%，同时压比也最大增加了0.84%。

提出了一种固体氧化物燃料电池(SOFC) 耦合化学链燃烧(CLC) 碳捕集的冷热电联产系统。甲醇重整后通过膜分离技术分离出H₂ 用以驱动固体氧化物燃料电池(SOFC) 发电，剩余合成气进入化学链燃烧以实现碳捕集，并集成超临界二氧化碳布雷顿循环(SCO₂)、吸收式制冷(ARS) 和供热系统以实现能量的梯级利用。构建了关键部件及整个冷热电联产系统性能分析模型，研究了重整反应器温度、水碳比，SOFC 运行压力、温度等关键参数对系统整体性能的影响机制。同采用能量分析与㶲分析相结合的方法，对系统性能进行了全面评估。新系统的能量效率为66.29%，㶲效率为57.70%。相较于未集成化学链燃烧的传统SOFC 冷热电联产参考系统，在捕获99% 的CO₂ 后，新系统的发电效率比参考系统高约1.95%，并且㶲效率提升了0.75%。