为了解决相变材料潜热有限导致电池热管理失效问题，本文提出了一种新型复合电池热管理系统，该系统采用带有翅片的蛇形液冷管以恢复相变材料的潜热。采用数值模拟方法研究了电池间距、液冷结构参数以及冷却液流速等因素对复合系统热管理性能的影响，并确定了最佳参数取值。结果表明，采用三种液冷运行模式都能将电池模组温度稳定地控制在50°C 以内。此外，通过优化液冷运行时间，可以保证相变材料的潜热得到及时恢复，并且实现相变材料潜热的最大化利用。

统计和分析了2024 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自然科学基金的申请、受理、评审和资助情况。介绍了2024 年度学科面向加强“双碳” 目标在能源动力领域开展的战略研究与立项工作。介绍了学科2024 年度亮点资助成果和2025 年度工作展望。

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。

针对化学回热燃气轮机循环发电效率较低和水耗偏大的问题，本研究提出了一种化学回注燃气轮机循环，即将燃气轮机的部分烟气回注至重整反应器，构建甲烷自热重整工艺，从而实现甲烷的高效转化。该技术实现了对燃气轮机烟气余热的提质，提升了循环出功。通过对燃料能量转化过程的改善及对系统换热过程的优化，在设计点工况下，新系统发电效率较化学回热系统提升了9.12%，且在低空压比和高燃气轮机入口温度的条件下体现出更良好的发电性能。经济性分析指出：系统经济回收期为2.3 年，具有良好经济效益。

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。

超临界CO₂ 布雷顿循环由于性能和紧凑度的优势在高超声速飞行器上具有良好的发展前景，而空天场景的特殊热环境给循环挑战。本文建立了一套超临界CO₂ 布雷顿循环模型并进行了验证，研究了布雷顿循环系统在热负荷激增以及热负荷和冷源复合扰动两种工况下的系统性能瞬态响应情况。动态仿真的结果表明，热负荷激增和冷源不足均会引起循环热力学性能的下降，工况叠加后甚至会导致控制器失效，这对部件的设计提出了更高要求。

区域供热系统是协调可再生能源与传统能源并实现可再生能源灵活消纳的重要载体之一。考虑到可再生能源出力和用户集群热负荷的不确定性对区域供热网络动态输运过程带来的影响，需对源荷双侧的不确定变量和热网的动态特性进行量化分析。本文首先建立了热网的动态输运模型求解其热量损耗和传输延迟特性，其次应用Gram-Chalier A 算法计算系统源荷双侧节点热功率的概率分布半解析式，并采用贝叶斯可信推断计算节点热功率的概率区间。本文选取北京市某二级热网进行模型精度验证与案例分析，该系统拥有90 个节点和109 个管道，结果表明所提出的模型和所应用的算法能有效量化计算热网节点热功率的波动区间。

储能技术是构建新型电力系统、实现双碳目标的关键，压缩空气储能是极具潜力的大规模长时储能技术。本文提出了一种耦合熔盐储热的补燃式压缩空气储能系统，建立了系统热力性能分析模型，研究了不同电负荷需求下关键参数对系统性能的影响规律。研究结果表明，系统的四种运行模式可分别应对高、中高、中低、低四种负荷需求，其中，高负荷输出功率为1573.93 kW，低负荷输出功率为350.15 kW，且低负荷运行模式系统往返效率最高，达69.87%。

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。

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。

为了探讨不同孔径材料的吸附特性与微孔填充过程，采用实验测试与理论分析相结合的方法研究了二氧化硅–氮气吸附过程中的孔隙吸附特性。通过对无孔材料吸附等温线进行热力学分析得到材料真实的Zeta 吸附等温参数，发现在低压比区域吸附熵先急剧增大，再减小至一极点后增大，摩尔潜热在此范围内为负值，吸附质为不稳定状态，确定了微孔填充过程的压比范围。利用对应体系的Zeta 等温参数明确了介孔二氧化硅材料孔隙填充过程开始时的压比和对应的团簇大小，发现团簇分子与孔径关系比例系数随着孔径的增大而减小，提出了考虑孔隙壁面弯曲效应的孔隙填充过程物理模型。

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。

本文提出了一种基于槽式聚光器和氧化铟锡/乙二醇纳米流体分频器的新型太阳能光伏/光热系统。制备了氧化铟锡/乙二醇纳米流体并进行了性能测试。结果表明在全波长范围内，氧化铟锡/乙二醇纳米流体的平均透射率和平均吸收率分别为69.1%和30.9%。对光伏/光热系统的光学性能进行分析，结果表明，PVT 系统的总体光学效率约为89.38%。当南北方向的对日跟踪误差增加到0.2◦ 时，光伏/光热系统的光学效率为84.14%。对光伏/光热系统进行了运行性能分析，结果表明，光伏子系统的光电转换效率为29.1%，光伏/光热系统整体的理论光电转换效率和系统的热效率分别为19.1% 和19%。变参数分析的结果表明，提高光伏/光热系统的热效率可以通过适当增大纳米流体的入口流速、减小纳米流体的入口温度以及减小外部对流换热系数来实现。

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。

多孔介质燃烧可提高燃烧速率和稳定性，实现预混燃气在极贫/富燃条件下的稳定燃烧，拓展可燃极限。本文基于多孔介质的体积平均假设，建立了考虑多种形态特征的多孔介质燃烧模型，对不同结构与材料参数条件下的多孔介质燃烧特性进行了模型计算。分析表明，孔隙率、平均孔径、弯曲度、材料热导率和发射率这五个参数通过控制气固换热、导热和辐射过程影响多孔介质中的燃烧状态。由于辐射的作用，孔隙结构对燃烧速率的影响相比材料更加显著，较小的孔径和较高的弯曲度会促进气固换热过程并提升燃烧速率，但气固换热过于强烈将增强辐射热损失，无法实现稳定燃烧，出现多孔介质熄火。模型所预测的孔隙结构与材料对多孔介质燃烧特性的影响规律与实验结果一致。

构建了玉米速冻机内堆积床多孔介质传热分析模型，提出了新的利用效率，发现了的波函数和场函数特征。基于此模型，根据降温曲线，预测了多孔介质内玉米降温过程中表面温度、温度梯度、对流传热系数、耗散的分布规律，发现了导热、对流、辐射耦合传热的介尺度特征。研究发现：传热核心的体积尺度、温度梯度增长率决定表面热流密度、对流传热系数大小，内部导热温度降度的波动特性，决定表面热流密度、对流传热系数变化趋势；沿程传热系数可精准预测多孔介质内的温度变化趋势；多孔介质有显著的强化传热作用，面向大空间辐射和多孔介质区域的对流传热系数比例大致为0.6，辐射与对流有一定场协同特征。

针对高超声速飞行器主动热防护问题，构建了耦合高超声速主流区和多孔介质区的松耦合数学模型。模拟了主流区马赫数6.47，以液态水为冷却介质的二维多孔平板相变发汗冷却。探索了注入率、多孔材料物性和烧结金属颗粒粒径对发汗冷却效果的影响规律。模拟结果表明：注入率从0.0159% 提升到0.0795%，多孔平板表面平均冷却效率从0.41 上升到0.87。烧结金属颗粒多孔平板的颗粒直径和孔隙率对发汗冷却效率影响较小。随着注入率增大，颗粒直径对发汗冷却效果影响逐渐变小，当注入率F = 0.0795% 时颗粒直径的变化已经不再影响冷却温度的分布；而随着注入率增大，孔隙率对发汗冷却效果的影响规律基本保持不变。相同注入率下不同材料多孔平板出口的平均冷却效率相当，但热导率越小的多孔平板前后端温差越大，且多孔平板进出口温差也越大，整个多孔区域的温度分布越不均匀。

针对超流氦至液氦温区基准级热力学温度测量的高稳定低温环境需求，本文采用两级GM 制冷机预冷的闭式4He 节流蒸发制冷方式，搭建了2∼5 K 低温恒温系统，核心测量部件最低温度可达1.5 K，满足了最低工作温度的需求。开展了2∼5 K 温区直流控温和交流控温实验研究。结果表明，交流控温在2∼5 K 温区更具优势，初步实现了2∼5 K 温区优于40 μK 的控温稳定性，典型结果为25.5 μK@2 K，31.6 μK@3 K，16.2 μK@4 K，20.7 μK@5 K，本研究为开展低温恒温系统的进一步升级优化及2∼5 K 温区基准级热力学温度高准确度测量提供了先决条件。

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°。

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。

本文采用CFD 数值模拟和正交试验设计对自主研发的水力悬浮微型泵进行空化特性研究与抗空化性能优化。通过数值模拟得到微型泵的空化特性曲线并对不同空化数下的空化流动特性进行分析，选取叶轮进口直径、叶片厚度、吸水室直径、蜗壳基圆高度四个因素进行了正交试验优化，结果表明，吸水室直径对微型泵综合性能影响较为显著。模拟发现吸水室直径增大可使垂直段涡流区显著减少；实验测得优化后样机扬程提高了5.20%，临界空化数减小了59.6%。

以氮化镓(GaN) 为代表的第三代宽禁带半导体材料在功率半导体、微纳电力电子器件等领域具有重要的应用，而电子器件中广泛存在的纳米尺度热点(小于100 nm) 极大地降低器件热安全阈值，是热安全隐患的重要来源，研究纳米尺度热点、充分理解纳米尺度热源的声子导热行为具有重要意义。纳米热点的可控生成及温度测量一直是工程热物理领域研究的热点和难点，文针对该难题发展的针尖增强拉曼测热技术，同时解决了纳米热点的生成及测温难题，实现了10 nm 尺度热点的传热研究。研究发现由于声子输运的影响，纳米尺度下热点的局部热导率远低于宏观热导率值。进一步结合光热耦合模拟和分子动力学研究，分析了声子在纳米尺度热点处的弹道输运行为，并测算出声子平均自由程，研究发现氮化镓声子平均自由程随温度降低的现象。该研究发展的方法将针尖近场增强效应和拉曼测热技术相结合，实现了10 nm 尺度非接触温度测量和激光定点加热，本文关于声子弹道输运的理论成果还可以用于研究其他器件热安全问题。

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。

微通道热沉因其优越的散热性能，在高性能电子器件散热领域备受青睐。为有效提高交错内肋微通道热沉的散热性能，本文面向交错内肋微通道的多目标优化问题，将非支配排序遗传算法II(NSGA-II) 与响应面法相结合，在满足微通道进出口压降最小和换热面最大温差最小的条件下进行优化。采用Box-Behnken 实验设计方法，以肋片迎流角、肋片间距和肋片高度为设计变量，进出口压降和换热面最大温差为目标函数，对热沉的流动和传热性能进行数值模拟研究。为降低进出口压降和提高温度均匀性，采用NSGA- II 对微通道热沉的几何参数进行优化，与原设计相比，采用NSGA- II 得到的Pareto 最优解在进出口压降几乎不变的情况下，换热面最大温差降低了34.922%，在相同泵功下，综合传热性能提高了9.415%。

三介质换热器结构紧凑，可实现三种介质同时直接换热，具有广阔的应用前景，但实验数据较为缺乏。本文搭建了基于平行流扁管的三介质换热器性能测试实验台，通过实验测试了其换热性能。结果表明：三介质换热器的换热性能主要与制冷剂、空气、水流量和三者之间温差相关；当蒸发器出口制冷剂过热时，增加制冷剂流量可显著提高换热量，但干度低于1 以后继续增加流量换热性能基本保持不变，制冷剂与水换热时，随着制冷剂流量从15.6 kg/h 增加到40.5 kg/h，换热量从817.3 W 逐渐增加，稳定在1100 W 左右；换热量随任意二者温差的增大而线性增加，随着风温从23.9°C 增加到30.0°C，总换热量从1037.6 W 增大到1307.4 W；且换热量随着风速、水流速的增加而增加。

本文提出了一种管束直径在0.4∼1.0 mm 范围内逐渐变化的无翅片微管换热器结构。采用CFD 模拟的方法，对管径渐变的微管换热器的空气侧流动和传热性能进行了研究分析。同时，利用已提出的相关经验公式结合NSGA-II 算法对流动摩擦因子f 和传热性能因子j 进行了多目标优化，确定了管径渐变微管换热器的最优结构参数，当纵向管壁间距为0.214 mm，横向间距为1.127 mm，管束直径从外到内依次为0.876 mm、0.746 mm、0.697 mm、0.550 mm 时，传热性能因子j 达到最大值0.04169，流动摩擦因子f 达到最小值0.01270。与等径无翅片微管换热器相比，新型结构不仅降低了压降、提高了换热效率，还节省了金属制造材料和制冷剂充注量。

本文为构建数值模拟模型，通过格子Boltzmann 法求解液相流场，在模拟中采用IBM 和DEM 描述细颗粒在拉格朗日坐标下的受力、运动、碰撞和轨迹追踪，通过模拟双/三颗粒在多孔介质内的迁移，研究细颗粒之间的相互干涉，结果表明细颗粒在多孔介质内的迁移受到其他细颗粒的干涉，该干涉依赖于介质内的流体，当一个细颗粒堵塞时，压力分布会重新调整影响其他细颗粒的迁移，同时其他细颗粒的存在可促进或阻碍细颗粒在多孔介质内的迁移。

歧管式微通道相比传统微通道具有更低的压降以及更高的传热效率，将歧管式微通道换热方法与沸腾换热方法相结合，将进一步提升装置的换热性能。本文以具有高导热系数的金刚石作为微通道基底，采用计算流体力学方法，研究分隔板结构即歧管式微通道出口与进口尺寸比例以及歧管尺寸占微通道总尺寸比例对装置流动沸腾传热特性的影响。结果表明，歧管式微通道出入口比例大于1 将有利于装置的综合换热性能提高；出入口比例越大，微通道内的气泡更容易破碎和脱离，换热性能更好。

歧管式微通道热沉结构紧凑，换热效率高，有望成为大功率电子元件热管理的有效手段。为了进一步提高双层针翅歧管微通道热沉的换热能力以及温度均匀性，本文对双层针翅歧管式微通道热沉的歧管层进行了结构设计，并以去离子水为工质对热沉的流动与传热特性进行了数值模拟研究。结果表明，通过改变歧管层进出口布置使得上下微通道层的工质流向异向时，可降低热阻的同时降低了热沉表面温差。同横排进口相比，竖排进口可以降低热阻并提高热沉的综合换热性能。进出口直径比为1 时热沉表面温差最大，进出口直径比小于1 时热阻降低，而进出口直径比大于1 时换热能力与等于1 时相差不大。

本研究对中空纤维膜接触器(HFMC) 去除室内二氧化碳的流动及传质过程进行了数值研究。在中空纤维膜接触器中，吸收液(赖氨酸钾溶液) 在纤维束内流动，而空气在外壳一侧流动。中空纤维膜接触器由纵向和横向间距相等的交错圆柱形纤维管组成。本研究采用计算流体力学方法，系统地研究了空气和吸收液体在中空纤维膜接触器内的流动和传质过程。经过实验验证后，该模型用于计算壳体侧各种运行条件下的摩擦因子和舍伍德数。此外，还提出了预测摩擦因子和舍伍德数的新相关系数。这项工作对于优化膜组件设计工作具有重要意义。

本文利用基于第一性原理的微观动力学速率方程理论对Cu₂O 的氧化动力学进行了研究。首先基于第一性原理利用DFT 计算得到Cu₂O氧化的反应路径及能垒；其次利用DFT 计算结果计算反应速率常数，建立表面反应速率方程；最后考虑表面反应与体相扩散，建立描述Cu₂O 氧化过程的动力学模型。利用文献中Cu₂O 氧化实验数据对模型进行验证。结果表明，模型预测结果与实验结果具有良好的一致性。

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。

针对现有气膜冷却掺混损失评估方法无法准确计算通道二次流影响区域内的主流冷气掺混损失的问题，本文建立了一种全三维掺混损失计算方法，基于HS1A 涡轮导叶，在吸力面设置具有不同复合角的气膜孔以保证气膜冷却效率要求，进一步通过控制主流与冷气参数分析了损失机理。该评估方法以掺混熵增作为损失评估依据对不同模型进行分析，结果表明：在吸力面气膜孔设置分区域复合角在提升气膜冷却效率的同时将增加掺混熵增。通过设置复合角可以减少二次流引起气膜偏转的损失以及气膜脱离产生的损失。

孔排布是影响端壁气膜冷却效果的一个重要几何因素，本文提出了一种基于强化学习的气膜孔排布优化方法。通过将孔排布的设计看作是一系列开关孔的决策，将其转化为马尔科夫决策过程并利用强化学习方法进行求解。本文将涡轮叶栅抽象简化为弯折收缩通道，以模拟端壁的横向和流向压力梯度环境，并在此压力梯度环境下开展气膜冷却孔排布优化。研究结果为气膜冷却、冲击冷却、柱肋冷却等多种冷却形式的布局优化提供了新的范式。

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。

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。

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。

本文研究了收敛喷管对带凹腔的旋转爆震发动机工作特性的影响。采用互相关算法对爆震波传播模态进行识别，根据自相关的单圈时滞定义爆震波传播稳定性参数。通过燃烧室出口平均静压和马赫数计算燃烧室出口总压，进而得到总压恢复系数。随着喷管出口面积的降低，可爆当量比下边界会降低。爆震波传播稳定性受喷管的影响较小。降低喷管出口面积，有利于提高爆震波传播速度和旋转爆震发动机的总压恢复系数。