直流锅炉干湿转态时间长且湿态运行安全边界不清是超超临界机组低负荷灵活运行面临的主要技术挑战之一。本文建立了超超临界燃煤发电机组宽负荷运行动态模型及水冷壁壁温分析模型，研究了直流锅炉湿态运行时边界条件扰动后系统的动态响应特性及水冷壁壁温分布规律，结果表明：当水冷壁再循环流量增加20% 时，省煤器入口水温将提高9.7°C，水冷壁入口工质的欠焓减小，水冷壁的最大壁温升高16.9°C；当锅炉燃料量增加5.0% 时，分离器出口温度将提高4.2°C，机组发电功率增加4.1 MW，沿汽水流程工质的干度升高。在壁温超温限制条件下，通过调控流量实现再循环系统工质蓄热的有序利用，有利于实现超低负荷运行工况下的平滑、快速、安全转态。

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。

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。

传统太阳能甲烷重整制氢技术面临反应温度高、辐射损失大和二氧化碳捕集功耗高的挑战。为此，本研究聚焦于中温太阳能与甲烷互补制氢及源头脱碳系统，通过CO₂ 固体吸收剂，强化甲烷化学链蒸汽重整制氢过程，从而降低反应温度，减小聚光集热损失，提高系统制氢效率。本研究基于Aspen Plus 软件构建了聚光太阳能驱动的吸收强化甲烷化学链蒸汽重整(SECLSMR)制氢系统模型，结合前期研究中Li₄SiO₄ 吸收剂和NiO 氧载体颗粒实验数据，对不同运行条件下系统的制氢性能进行了分析，探究了反应温度、水碳比、氧载体/甲烷摩尔比、吸收剂/氧载体摩尔比等关键参数对制氢性能的影响规律。结果显示，在温度620◦C、水碳比为4、NiO/CH₄ 摩尔比为1 以及Li₄SiO₄/NiO 的摩尔比为1.25 的条件下，系统的制氢性能达到最佳，H₂ 纯度为99.1%，CH₄ 转化率为99.6%，CO₂ 捕集率为97.9% 以及产氢比为2.99。与基于高温钙基吸收剂的系统对比，基于锂基吸收剂的系统能效和㶲效率分别提高了7.49% 和6.49%。进一步，基于EUD 分析方法，揭示了系统内各单元的能量分配和㶲损失特性。

蓄热器是压缩空气储能(compressed air energy storage technology, CAES) 系统的关键部件，但以往的系统研究中常把蓄热系统作为黑匣子，使CAES 系统的性能提升效果受限，为此，有必要开发一种专注于蓄热系统内部过程的性能分析方法，旨在为系统优化提供理论依据。基于此，本文首先建立一个填充床显热蓄热系统的一维两相瞬态的数值分析模型，通过蓄热–释热对应性分析揭示填充床蓄热和释热过程的效率变化规律及原因，由此建立了分析填充床蓄热性能的对应点分析方法。通过对应性分析发现，将蓄/释热时间划分为相同时间间隔的10 个时间节点后，不同对应时刻的蓄热和释热温度分布存在较强的对应性，并且从节点1 到节点10 的对应点效率逐渐增加，但增速变缓。研究表明：填料密度、比热容、填料直径及长径比均与填充床的整体㶲效率呈现负相关；当密度为1000 kg·m⁻³ 和4000 kg·m⁻³ 的填料以一定方式相结合时，对应点效率比单一密度填料更高；填料密度与填料直径耦合优化时，蓄热器对应点效率存在一个最佳点。研究结果为CAES 系统蓄热器的设计提供参考。

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。

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。

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。

发汗冷却技术效率高、所需冷却工质少的优良特性，使其在极端热流热防护领域具有良好的应用潜力，可以成为高超声速可重复使用飞行器执行长航时、高频次空天运载的热防护技术重要安全保障。基于作者团队在发汗冷却领域的长期探索，本文围绕发汗冷却技术的机理和应用研究展开。首先，梳理了发汗冷却流动传热特性的实验研究，回顾了多孔材料物性表征和冷却性能实验研究成果；其次，对比了发汗冷却过程中多孔介质内两相流传热模型差异，探讨了内外场跨速域、跨尺度耦合算法的开发进展；再次，归纳了发汗冷却技术的应用方案，从结构布局优化和系统调控技术两个方面综述了发汗冷却系统的新型设计策略；最后，对发汗冷却技术的发展前景进行了展望。

为消纳可再生能源电力，燃煤发电逐渐向调节性支撑性电源转变，作为高效煤电代表的超超临界二次再热机组也被迫频繁参与调峰任务。在机组变负荷瞬态过程中，再热蒸汽温度控制的大惯性和纯滞后等特性导致其控制精度较差。本文通过结合传统PID 控制与模糊控制，构建模糊PID 控制器，动态调整PID 参数，实现对再热蒸汽温度控制方法的改进，进而提高其控制精度。以某1000 MW 超超临界二次再热机组为例，对改进的控制方法的控制效果进行了对比分析，结果表明：当机组以1.0%∼2.0% Pe·min⁻¹ 的变负荷速率降负荷时，一二次再热蒸汽温度的最高值降低了0.2∼0.4°C，调整时间缩短了158∼654 s，平均偏差减小了0.2∼0.3°C；升负荷时，一二次再热蒸汽温度的最高值降低了0.5∼0.7°C，调整时间缩短了109∼896 s，平均偏差减小了0.1°C 左右。

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。

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%。

压缩二氧化碳储能(Compressed CO₂ Energy Storage, CCES) 技术具有规模大、环境友好以及易与碳捕集系统相耦合等优势，其开发备受关注。本文提出了一种压缩CO₂ 储能与碳捕集燃煤机组耦合的新系统，该系统以燃煤机组捕集的CO₂ 作为CCES 系统的工质，通过热能的综合利用实现碳捕集燃煤机组和CCES 系统的深度耦合。搭建耦合系统热力学模型，并开展系统热力特性分析，得到CCES 系统与碳捕集燃煤机组最佳耦合方式。结果表明，耦合系统相比于碳捕集燃煤机组，其热力性能优化效果随储释能时间比增大而增大，当储释能时间比为2.16 时，耦合系统相比碳捕集燃煤机组，热效率和㶲效率分别增加0.45%、0.37%，煤耗减少24.9 g/kWh；此时CCES 系统储能效率为70.7%。本研究对CO₂ 储能技术开发和双碳目标实现具有重要意义。

压缩二氧化碳储能(CCES) 技术具有适用范围广、储能效率高的特点，是目前压缩气体储能技术的研究热点。然而，CCES 系统在二氧化碳(CO₂) 储存形式上的差异造成了系统流程、系统效率和能量密度等方面的不同，目前尚无系统性研究。基于此，本文阐述了超临界态–超临界态、超临界态–液态、液态–超临界态、液态–液态、超临界态–液态(带泵)、液态–液态(带泵)，六种不同储存形式的CCES 系统的流程构型特点，建立了系统热力学模型，提出了功比和往返㶲效率评价系统效率，研究了双储罐结构导致的变工况运行下六种储存形式的系统性能，揭示了储罐内部CO₂ 密度变化情况及系统的㶲损分布特性。结果表明，超临界态–液态(带泵) 系统通过提高膨胀机的进口压力，获得了最高的功比78.17%；超临界态–超临界态系统在全流程中无相态变化，具有最高的系统往返㶲效率68.20%；由于液态–超临界态系统具有饱和液体气液转换的特点，液态CO₂ 储罐的利用率可达74.95%，从而具备最高的能量密度0.96 kWh/m³。本文研究结果为CCES 系统在不同应用场景下的储存形式选择与系统集成设计提供了关键参考。

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。

当雷诺数降低至临界值(约2×10⁵) 附近时，压气机叶片/端壁表面分离-转捩过程诱发强烈湍流脉动，导致效率及稳定裕度急剧下降。然而，不同雷诺数下转捩触发模式及多尺度涡系时空演化机理尚不清晰，难以定位高空性能退化的核心因素。本文以某一高亚音速压气机叶栅为研究对象，探究了不同雷诺数下分离剪切层不稳定机制及涡动力学特性，阐明了性能变异机理。结果表明，分离剪切层中扰动首先呈现指数增长，随后出现非线性效应诱发转捩起始。当雷诺数从4.5×10⁵ 降低至1.5×10⁵ 时，剪切层扰动增长速率下降，非线性效应延迟，转捩起始及结束位置显著移向下游，分离泡长度增加122%。同时，剪切层涡系脱落频率降低，转捩末期三维发卡涡卷起、破碎强度更大，导致高水平雷诺切应力区域迅速扩展，损失增加241%。发现了低雷诺数下分离点压力梯度突增现象，进一步构建了不同雷诺数下分离点压力梯度与分离尺度、边界层增长速率的关联模型，精准定位了诱发高空性能退化的关键敏感参数，为低雷诺数下压气机叶片设计及流动调控提供直接理论支撑。

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。

随着可再生能源发电量在电网中所占份额的不断增加，需要提高现有燃煤机组的灵活性以保持电网稳定。将熔盐储能系统集成燃煤机组是一种简单可行的方法。针对315 MW 亚临界燃煤机组，提出了主蒸汽和再热蒸汽的复合抽汽方式进行储能，同时设计了蒸汽循环回凝汽器、低压缸以及利用蒸汽引射器驱动汽轮机末级乏汽的供热等3 种储热方式。基于热力学第一定律和第二定律，对不同调峰系统进行了全面评估。结果表明，MR-C-a 系统(储/释热过程的组合方案) 的热经济性最优，其调峰深度为16.19%，其储/释热全过程循环热效率和综合发电煤耗分别为50.92% 和482.198 g/kWh。进一步的㶲分析表明，储释热装置是影响系统收益㶲效率的关键影响因素，其中MR-C-a 系统以37.866% 的㶲效率表现最佳性能。研究还发现，提升高温储能罐(R1) 的运行温度可显著提升系统的收益㶲效率。从电厂运行角度分析改造前后的效益，该系统的投资回收期为9.22 年，且调峰时间对投资回收期的影响比贴现率更为显著。本研究为燃煤机组深度调峰技术提供了重要的理论依据和工程参考。

冲压发动机是高超声速飞行器的主要动力形式，在飞行过程中发动机壁面承受极端热环境，必须采用再生冷却技术进行热防护。超临界压力碳氢燃料对流换热、热裂解与结焦是再生冷却技术的核心问题。本文综述了近年来国内外在超临界压力碳氢燃料对流换热、热裂解与结焦方面的研究进展。首先总结了碳氢燃料在圆管、矩形通道和旋转条件下的超临界对流换热规律及换热关联式，归纳了燃料热裂解的测量方法、反应机理及热裂解模型，全面总结了燃料结焦的规律、机理、模型及抑制方法，探讨分析了热裂解与结焦对换热的影响机制，初步阐述了再生冷却通道结构优化设计方法，文章最后提出了再生冷却的后续研究方向。本文可为发动机再生冷却系统的性能预测和优化设计提供理论支撑。

合成润滑油广泛应用于各类制冷与热泵设备，其热物理性质是分析热力学能效、换热性能和沿程压降的基础数据，对评价和优化系统结构具有重要意义。本文研制了一套低温、高压悬滴法表面张力实验测量系统，并使用振动管密度计与悬滴法表面张力实验系统开展了基础润滑油(POE、PVE 和PAG) 的液相密度和表面张力实验研究，测量的温度范围为243.15∼363.15 K，液相密度和表面张力测量的扩展不确定度分别在0.2% 和0.1 mN·m⁻¹ 以内。实验结果表明：基础润滑油的液相密度和表面张力均随温度的增大而减小，关联方程的计算值与实验值的绝对平均偏差分别小于0.04% 和0.5%。

超临界二氧化碳布雷顿动力循环因其具有较高的热经济性、广泛的应用场景和良好的发展前景成为当前热力学动力循环的研究热点。本文从超临界二氧化碳布雷顿动力循环的应用背景出发，分析了不同场景下循环系统的主要性能指标、应用模式和发展趋势，指出了作为循环系统核心部件的超临界二氧化碳离心式压缩机的主要研究热点和难点，发现超临界二氧化碳特殊的物理性质为压缩机的设计带来了许多有别于传统压缩机设计的新问题，因此本文以超临界二氧化碳离心式压缩机的设计研究进展为切入点，详细综述了超临界二氧化碳离心式压缩机的一维、准三维、全三维设计过程及设计经验。在一维设计中，主要运用一区模型进行性能预测，相比而言，该模型对效率的预测精准度远不及压比的预测精准度；而缺乏丰富的实验数据来校正传统经验公式，制约着一维设计的适用性。在准三维设计中，流线曲率法被证实更适用于超临界二氧化碳离心式压缩机。全三维设计及优化方法逐渐成为主要技术路径，但因为流动机理复杂，设计难度较高，因此本文对因工质特殊物性引起的二氧化碳冷凝、叶顶间隙泄漏、流动分离等现象进行了分析并概述了优化改进措施。在此基础上，对当前已开展的实验研究进行了总结，初步验证了超临界二氧化碳离心式压缩机的可行性，然后归纳了实验中发现的流动规律和值得关注的问题。最后，提出了未来在压缩机设计环节及实验研究中亟需解决的问题及发展趋势。

二氧化碳储能是一种新型长时大规模物理储能技术，兼具效率高、功率容量解耦、地理不受限、低碳安全等特点。本文首次公开了针对一套百千瓦级跨临界二氧化碳储能系统的实验，针对实验所涉及的理论基础、设计关键点、系统搭建和测试开展了研究。实验结果表明，某一典型实验工况下系统储能效率、热利用效率和储能密度分别达到46.1%、86.2% 和0.40 kWh/m³。由于模型理想化和实际设备性能制约，实际储能效率低于理想理论值67.2%。考虑实验客观性不足，进一步放大系统规模、增大总压比、提高蓄热温度将是系统的重要优化方向。本研究可为二氧化碳储能的理论和应用研究提供一定参考。

高温热泵应用范围可以从建筑供暖拓展到更加广阔的工业加热领域，是热泵发展的一个重要方向。本文详细研究了基础循环、回热循环、喷射循环、回热喷射循环等4 种跨临界CO₂ 热泵循环，建立了考虑换热器传热夹点温差以及喷射器非平衡相变现象的各循环的热力学模型、多目标优化模型。针对喷射压缩式热泵，提出了解决相平衡问题的循环优化方法。研究表明：回热对制取高温热水具有必要性，各循环的最高制热温度受压缩机排气压力和排气温度限制，在20°C 环境下最高制热温度可达124.0°C。制热温度为90°C 时，各循环的COP 基本相等，在4 左右。制热温度高于90°C 时，添加回热器的循环性能更优；制热温度低于90°C 时，添加喷射器的循环性能更优。

基于CONVERGE 软件构建了520 mm 直径定容弹模型，探究了氨/柴油喷油器夹角、喷油器喷射角度和氨喷射时刻对液氨喷雾混合、柴油引燃氨的影响。结果表明良好的接触位置和柴油火焰包裹面积可提高放热率峰值。较小的氨/柴油喷油器夹角有利于氨与火焰交汇，增强引燃效果；较大的喷油器喷射角度可加快氨的引燃速度。氨喷雾撞击火焰位置与喷射时刻相关，不同撞击位置对氨引燃以及排放情况均有影响，合理控制喷射时刻有助于改善氨与柴油火焰的接触。

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%

太阳能驱动水/海水分解制氢技术是实现碳中和目标的重要路径，然而单一光催化等技术路径受限于光谱利用不足、能量转化效率低及海水复杂组分干扰等问题，难以满足规模化制氢的应用需求。本文系统梳理了光催化、光热催化、光伏电解等太阳能制氢技术的基本原理及性能优化策略；从材料开发、器件设计、系统集成等层面分析了光热电耦合分解水/海水体系中宽光谱吸收、局域热场优化及器件一体化设计的协同作用机制；并探讨了海水制氢体系抗腐蚀催化材料设计、界面工程优化及反应路径调控等策略，对太阳能驱动海水制氢技术的未来发展趋势、技术挑战及应用前景进行了展望。

为探究双面光伏(BPV) 组件在某特定地区的运行特性，本文提出集成太阳直射辐射和天空散射辐射的光学模型，构建耦合环境的热模型，引入基于离散法的电模型，通过光–热–电–环境耦合研究BPV 组件在重庆市沙坪坝区(29◦33′9.08′N，106◦27′36.60′′E) 运行时，地面反射率(R) 和太阳光线入射角(θ) 对组件性能的影响并与平均温度电模型的结果进行对比。结果表明：组件瞬时电效率(η_el) 随R 增大而减小，瞬时电功率(P) 则相反。组件倾角大于当地纬度时，η_el 随θ 增大而增大，而P 随θ 增大而减小；反之当倾角小于当地纬度时，η_el 随θ 增大而减小，P 随θ 增大而增大。组件温度的均匀性随R 和θ 的增大而提高。使用离散法和平均温度法计算的P 和η_el 的最大相对偏差分别为1.64% 和1.66%。

针对蛇优化算法初始化种群的随机性、跳出局部最优能力有限等问题，提出一种基于粒子信息传递策略的改进蛇优化算法(Improved Particles Transmit Information Snake Optimization, IPTISO)。通过采用一种在产蛋环节不同搜索阶段对最差个体设计不同位置更新策略，平衡算法的全局搜索能力和局部搜索能力并在初始化阶段引入Circle 混沌映射提高种群的多样性；同时，在战斗和交配阶段引入一种信息素诱导方法改变个体特性。利用上述改进方法并引入绿证–碳交易机制对1 座光热电站和10 台火电机组的电力系统进行求解，并对多种调度场景展开分析以及与其他经典算法进行比较。结果表明：与其他算法相比，采用IPTISO 算法求解该类问题能够获得最优经济和环保的调度方案，从而为电力系统优化调度问题提供一种新的求解思路。

提出了一种集成化学链制氢、熔融碳酸盐燃料电池和有机朗肯循环(CLHG-MCFC-ORC) 的冷热电联产系统，以甲烷为燃料，利用化学链制取的氢气驱动熔融碳酸盐燃料电池发电，电池余热驱动有机朗肯循环、双效溴化锂吸收式制冷循环和供热子系统实现能量的梯级利用，提高能量利用效率。研究分析了关键参数对系统性能的影响，并采用热力学第一定律和热力学第二定律对系统性能进行评价。研究结果表明：在额定工况下，新系统能量效率为67.66%，㶲效率为50.47%，与相同条件下未集成化学链制氢子系统的MCFC-ORC 冷热电联产参考系统相比，新系统能量效率提升了2.44%，㶲效率提升0.65%，电池效率提升了1.58%。

歧管式微通道因其高效的散热性能被广泛应用于高功率芯片散热等领域。在较高的热流密度下，歧管式微通道底部易出现气泡堆积现象，显著降低了散热性能。为解决这一问题，本研究通过计算流体力学方法对歧管式微通道内的气泡生长特性与流动换热特性进行研究，并采用等换热面积设计方法对微通道底部结构进行优化以改善气泡动力学行为。研究表明，优化设计的微通道结构能够显著缩短气泡生长和拉伸时间，促进气泡脱离，有效抑制了气泡堆积。气泡生长过程的有效调控使得通道壁面的传热性能得到提升，同时降低了装置底部平均温度，强化了装置的散热性能。该研究为歧管式微通道散热器的优化设计提供了理论依据。

液态燃料的喷雾蒸发和燃烧行为直接影响航空发动机的效率和污染物排放特性，发展高效高可靠的喷雾燃烧预测技术与工具对于低排放燃烧室的优化设计至关重要。本文系统综述了液态燃料喷雾燃烧的主流建模方法，重点聚焦于喷雾过程的建模技术进展。尽管液态燃料喷雾燃烧涉及湍流燃烧模型的应用，但由于该模型本身体系广泛、内容复杂，且受篇幅所限，未展开专门论述。本文详细分析了三类核心喷雾建模方法各自的优劣：1) 工程应用广泛的欧拉–拉格朗日法因其雾化模型普适性差且依赖实验调参，精度和实用性受限；2) 气液两相直接数值模拟虽能精确捕捉界面演化，但计算成本过高，仅适用于喷嘴近场初始失稳过程的机理研究；3) 多尺度混合建模中，基于近场DNS 的方法免于经验模型但需详细解析初次破碎过程，计算规模庞大难以工程应用；相比之下，基于全场LES 结合亚格子雾化模型(sub-grid scale (SGS) atomization model) 的方法，通过模化而非直接解析近场液丝/液滴生成过程，显著降低了网格分辨率的要求，为真实发动机燃烧室高雷诺数高韦伯数工况下的湍流雾化与喷雾燃烧模拟提供了可行性。当前预测模型普遍面临经验雾化子模型泛化能力弱、直接模拟资源需求过大以及跨尺度耦合机制不明晰等瓶颈。未来重点发展方向包括：1) 发展自适应网格与大规模并行计算技术，动态优化关键流场区域的分辨率，提升计算效率；2) 探索基于机器学习的雾化子模型构建方法，克服传统经验公式泛化能力差的劣势，高效学习高维参数下的复杂非线性关系；3) 深化亚格子雾化建模理论的可靠性研究，推进亚格子雾化模型的工程应用与验证。本文旨在为高性能低排放航空发动机燃烧室的设计优化提供理论参考与技术展望。

电容去离子技术(CDI) 作为一种新兴的离子分离方法，尤其具有选择性去除目标离子的特点，近年来在环境保护、资源回收等领域受到了广泛关注。本文聚焦于CDI 技术在离子选择性去除方面的独特优势，重点探讨了电极孔隙结构特征、数值模拟方法在CDI 研究中的应用，并分析了最新的研究进展。在电极孔隙结构特征方面，通过对已报道阳离子和阴离子选择性吸附研究的分析，归纳了三种假说：价态型、亲和型和尺寸型，讨论了在不同效应下的CDI 内在选择性机理；在数值模拟方面，总结了宏观传质模型、格子玻尔兹曼方法和分子动力学模拟在CDI 研究中的应用，展示了其在电容去离子过程分析和优化研究中的重要作用。通过对当前CDI 选择性研究现状的总结与分析旨在为该技术进一步的深入研究提供有益的参考。

“双碳” 背景下，内燃机燃料正朝低碳、零碳化方向发展。本文综合分析了氢、氨、甲醇生产制备、储运及在内燃机中应用各环节所面临的问题和挑战。结果表明：现阶段我国生产氢、氨、甲醇以化石能源为主；氨及甲醇生产制备规模较大，技术成熟，成本较低；氨及甲醇储运成本较低，由于氢液化条件苛刻、安全性等存在挑战，导致其储运成本较高。在内燃机应用方面，甲醇内燃机技术较为成熟，目前在船机、乘用车及商用车领域均有商业化产品；近年来进入了氢内燃机高速发展期；氨燃料内燃机目前大多处于产品研发阶段。同时，本文也对比分析了低碳及无碳燃料在内燃机中应用所需关注的技术难题。最后，对未来内燃机燃料低碳及无碳化发展进行了展望。

为解决大量闲置油气井弃置和油田绿电消纳难题，创新性提出利用闲置油气井井筒作为压缩空气储能系统储气装置。为揭示空气受重力和地层温度耦合作用下闲置油气井在不同运行压力区间和注/采流量下的热力学性能变化规律，建立了闲置油气井热力学模型和㶲模型，开展7” 井筒闲置油气井温压场分布特征和不同工况下㶲效率、储能量研究。结果表明：单次注采模拟中，井深200 m 内温度变化较大，200∼3000 m 温度变化量随井深递增，井口压力与井内空气压力梯度呈正相关；定注/采流量下，相比同等水容积的常规钢罐储气装置，井筒㶲效率最高，且在100.25% 附近波动，储能量为常规钢罐储气装置的1.4 倍以上；定运行压力区间下，优选出㶲效率趋近100% 的注、采流量搭配曲线。

超临界二氧化碳(SCO₂) 在拟临界区热物性剧烈变化显著影响流动传热特性。本文通过实验研究了具有蛇型传热元件的微小通道换热器内SCO₂ 流动传热特性，实验温度介于308.15∼473.15 K、压力介于7.4∼9.6 MPa、Re 介于11200∼70000。当SCO₂ 的T_b/T_pc 介于1∼1.08 时，热物性剧烈变化导致换热系数和阻力因子快速升高，换热系数在T_b/T_pc 为1 附近达到最大值。采用回归拟合的方式对实验结果建立流动传热预测模型，模型的预测误差为±25%。基于人工神经网络方法，可实现对热物性非线性变化的准确拟合，训练得到的Nu 预测值与实验结果的误差小于±10%，98% 的f 预测值与实验结果误差小于±15%，显著提升了预测精度。

利用拉曼光谱法对RP-3 航空煤油在石英管中氧化过程产生的焦炭结构演变进行研究。实验探究了常压下550°C、575°C、600°C 和625°C 四个温度下焦炭演变过程的影响，并通过模型燃料的化学反应动力学揭示了RP-3 气相反应的路径。RP-3 的结焦过程可分为五个阶段：气相反应阶段、物理沉降阶段、表面反应阶段、内部反应阶段和层堆积阶段。焦体表面与内部反应阶段所需的时间均随着温度上升而降低。通过萘转化为A4 的转化率计算本工作中RP-3 的焦体转化率为：0.43%(575°C)、0.66% (600°C) 和0.81% (625°C)。

受电动汽车空间尺寸的限制，为了保证锂离子电池的安全性，需要更简洁、轻量化的电池热管理系统。本研究设计了基于相变材料(Phase Change Material, PCM) 的圆柱形锂离子电池内外部冷却模型，验证了冷却设计的有效性和数值模型的准确性。从最高温度、最大温差和温度分布等角度系统评价了不同冷却方式、PCM 熔化温度、PCM 潜热和PCM 热导率对电池冷却性能的影响。结果表明，采用基于PCM 的内部冷却方式可以实现双向换热，降低了换热阻力，降低了温度梯度，使温度分布更加均匀。较高潜热的PCM 可以有效降低电池的最高温度，提高电池温度分布的均匀性。PCM 热导率对电池的最高温度和最大温差几乎没有影响，对电池冷却性能的提升较小。

为了实现高热流密度芯片级冷却，本文构建了一个集成微加热器和温度传感器的硅基分布式射流微通道热沉，并以HFE-7100 为工质实验研究了不同射流速度(0.86∼2.58 m·s⁻¹) 和进口过冷度(21∼41°C) 下的射流微通道流动沸腾传热特性。结果表明：射流微通道的临界热流密度(CHF) 和性能系数(COP) 分别高达463 W·cm⁻² 和2205，而压降不超过44.4 kPa。增加射流速度和进口过冷度可以提升CHF，但会推迟核态沸腾起始点(ONB)。增加射流速度使表面传热系数和压降增加，有效热阻降低；增加进口过冷度使表面传热系数、压降和有效热阻曲线向右移动。

数据中心运行过程低品位余热量巨大，提升数据中心余热的能量品位是节能减排的重要途径。本文以传统的风冷数据中心为研究对象，构建一种利用新能源提升风冷数据中心余热能量品位的综合能源系统运行模型，对不同时期的综合能源系统进行性能评估并对比无余热回收数据中心的能耗和经济成本，验证了余热回收后综合能源系统模型优越性。以一次能源节约率、费用年值节约率和CO₂ 减排率为目标对综合能源系统进行优化。结果表明，相比于数据中心传统冷却系统，优化后的综合能源系统费用年值下降率为4.38%，一次能源节约率为23.74%，CO₂ 减排率为29.99%。