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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

由于能量密度高、成本低和循环寿命长等优点，锌溴液流电池成为大规模储能技术的候选者之一。但目前关于锌溴液流电池的建模工作比较缺乏，操作及结构参数对电池性能的影响规律和相关储能机理揭示还不够充分。基于此，本文建立了锌溴液流电池的二维瞬态模型，对电流密度、压缩电极厚度及电极活性面积对电池性能的影响进行了研究。结果表明，电池过电势随电流密度增加而增大；压缩电极厚度会减小电池的欧姆损失，但会增大浓度极化；随着电极活性面积增加，会增大电池的欧姆损失和浓度极化，造成电池的能量效率降低。该工作有益于理解锌溴液流电池的储能特性，也可为高性能电池设计提供理论指导。

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%。

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。

为实现“双碳” 战略目标，我国正在加快建设新型电力系统，亟需不断提升燃煤发电机组的运行灵活性，耦合蒸汽储能是提高燃煤发电系统调频能力的有效手段。本文建立了蒸汽蓄热器和汽轮机热力系统的动态模型，研究获得了蒸汽蓄热器蓄热和释热过程中蒸汽蓄热器和汽轮机热力系统的动态特性，评估了蒸汽蓄热器的能效水平和调频能力。研究发现，蒸汽蓄热器响应速度快，可支撑燃煤发电系统调频，蒸汽蓄热器30%THA 工况下储热、100%THA 工况下释热的等效往返效率为46.62%。

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。

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。

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。

近年来碳捕集技术受到了广泛关注，但是尚缺乏高效的碳捕集材料。本文合成了多种不同的深共晶溶剂(DES)，从多个角度比较了材料吸附量的差异。乙醇胺(MEA) 基的DES 的吸附量可以在20°C 和0.24 MPa 达到4.39 mmol/g，而乙酸(AcOH) 基的DES 在相同条件下仅能达到0.85 mmol/g。这主要是由于MEA 可以和CO₂ 发生化学反应生成氨基甲酸单乙醇酰胺，而AcOH 则仅为CO₂ 的物理溶解。DES 的吸附量随CO₂ 分压升高而增大，随温度的升高而降低。特别是AcOHTPAC-7 的吸附量在25°C、0.24 MPa 下比20°C、0.24 MPa 衰减了40.2%。AcOH-TPAC-7 的吸附量随水含量增加而增大，而MEA-TPAC-7 呈现相反趋势。

随着电子设备不断发展和集成度的提高，设备内部的热问题也越来越严重。在热循环过程中，由于材料的热膨胀系数失配，会引发大量的热应力，从而导致一系列热可靠性问题。调控材料的热膨胀系数对于改善电子设备的热问题至关重要。本文采用分子动力学模拟方法对石墨烯-铜纳米复合材料的热膨胀系数进行了研究。研究结果表明：通过引入石墨烯能够有效降低铜基材料的热膨胀系数，随机分布掺杂具有各向同性；定向掺杂的石墨烯-铜复合材料具有各向异性，这是由于石墨烯原子层之间结构的紧密排列和强键合力，有效地限制了铜基体的膨胀。与平行方向相比，垂直于石墨烯方向具有更低的热膨胀系数和弹性模量。

作为一种大型洁净能源装备，煤炭超临界水制氢反应器内部是耦合传热传质和化学反应的多相环境。制氢反应器的实验和数值模拟研究产生了大量的多维、瞬时流场数据。本文首先通过空间插值处理所获得的非结构化多相流场仿真数据，并利用深度学习技术构建了数据驱动的三维多相流场时空预测模型3DReactorNet，对三维制氢反应器内复杂的多相流场进行学习，从而实现对未知工况下反应器内三维多相流场时空演变的快速准确预测。进一步地，本文通过MC Dropout 策略度量了3DReactorNet模型预测结果的置信度。测试结果表明，3DReactorNet 模型的预测结果与CFD 计算结果高度一致，但预测速度远优于CFD仿真，有利于高效的反应器设计和优化。

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。

为了探究轴流压气机单转子叶顶区域的非定常流动机理，针对某跨声速压气机开展数值模拟研究，探究了叶顶泄漏流流场非定常演化特性。研究发现：该转子叶顶非定常流动现象特征频率为1863.3 Hz。吸力面前缘形成的泄漏涡，在一个波动周期内发生破碎，并形成一个新的涡结构；该结构受到压力面吸力面之间的压差及前缘脱体激波共同作用逐渐向相邻叶片压力面前缘外沿移动，并在此跨周期演化过程中出现约1/9 周期的维持现象；泄漏涡破碎后形成的涡结构消散的同时与下一个循环中破碎的涡共同作用，在通道内形成堵塞区，受激波的影响，进一步加剧“前缘溢流” 现象的生成。也依此推测出，涡波干涉导致的泄漏涡破碎是诱发流场非定常性的关键因素。泄漏涡破碎后在相邻叶片前缘形成新的涡结构，其随时间变化发生的一系列演化过程是造成叶顶区域非定常流动的主要原因。

高效余热回收利用是实现节能减排的关键途径，近些年能源利用效率优异的热泵技术广泛应用于工业余热回收领域。受限于热泵自身的循环结构、压缩机于工作介质性能，压缩式与吸收式热泵工作温度区间较窄，在工业余热回收场景下难以满足较高制热温度下“大温升” 的换热要求。该研究首先对提出的新型高温耦合热泵循环原理进行分析；其次建立了耦合热泵热力学稳态数学模型；针对某化工余热项目设计工况下计算得到在余热进口温度为90°C 情况下，耦合热泵可制取115°C 的热水，且COP 为2.33，分析了耦合热泵循环中压缩式循环冷凝温度、中温余热出口温度及冷却水出口温度对耦合热泵性能的影响，该热泵相比常规热泵技术在较高制热温度工况下可实现“大温差” 高效换热，且技术经济性良好，进而具有较好市场应用潜力。

风力机受恶劣环境影响，叶片表面极易出现损伤，针对其损伤尺寸小、形状样式多变的问题，本文提出了一种基于改进YOLOv5 的轻量化风力机叶片表面损伤检测算法。根据基础网络对小目标位置检测偏差敏感的特点，将NWD 与IOU 两种损失度量方式相结合；同时，为降低网络复杂度，提高网络性能，在YOLOv5 模型主干网络中融入多维动态卷积ODConv。实验结果表明，改进后网络计算复杂度降低45%，算法的平均精度提升8.3%，能较好地识别出风力机叶片表面损伤。

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。

本文以铅铋堆离心泵为研究对象，采用数值模拟方法研究了泵内高温液态金属介质的动力学特性。研究结果表明：介质属性改变对泵扬程和效率影响不大，全流量工况下液态铅铋介质(LBE) 均略高于常温清水，设计流量下扬程相差0.32 m，效率相差2.09%。液态LBE 介质的轴功率约为常温清水的10.4 倍，与两者密度比值基本相同。液态LBE 介质对流场的影响体现在一定程度上抑制了叶轮进口的逆流，降低了叶轮出口的轴向速度梯度，降低了大流量工况时导叶内压力脉动幅度。液态LBE介质下的轴向力约为常温清水介质的23.75 倍，径向合力约为常温清水介质的10 倍，介质属性的改变对泵受力特性影响很大。研究结果可为今后铅铋堆离心泵的设计及性能评估提供参考。

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。

本文研究了一种以涡流片结构作为火焰筒头部旋流装置的RQL 燃烧室的结构参数对燃烧室燃烧性能的影响。采用数值模拟研究了主燃孔、涡流片数、淬熄孔轴向位置、淬熄孔内外环数及淬熄孔类型对燃烧室内的流动、燃烧性能及NO_x 排放特性的影响。结果表明，燃烧室富油区内的流动是靠涡流片与主燃孔的有效配合来实现的。涡流片的数量是影响富油区内回流区的形状及大小的主要参数，通过优化涡流片数量可以获得所需要的流场；淬熄区通过淬熄孔快速射流完成由富油向贫油的瞬间过渡，且防止接近理想当量比的NO_x 生成量大的区域；淬熄孔的轴向位置、类型等结构参数是影响燃烧性能的主要结构参数。

硅通孔(Through Silicon Via, TSV) 结合层间微通道冷却技术是解决高热流密度三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit, 3-D IC) 散热问题的有效手段。基于数值模拟研究了多种TSV 针肋截面形状以及纵横比的微通道流动换热过程，综合评价了TSV 结构对流动换热性能的影响。结果表明，TSV 针肋对于流场的扰动作用抑制了热边界层的发展，有效降低了芯片平均温度；针对顺排结构，纵横比为0.93 的圆形截面TSV 综合性能最优，综合性能评价因子(Performance Evaluation Criteria, PEC) 为1.14；在错排结构中，纵横比为1.00 的三角形截面TSV 综合性能最优，PEC 为1.24。研究结果为微通道热沉的设计制造提供了理论依据。

聚偏氟乙烯(Poly (vinylidene fluoride), PVDF) 材料在热界面材料以及海水淡化蒸馏膜等领域有着广泛的应用，对其热导率开展研究具有重要意义。本文采用平衡态分子动力学方法研究了不同聚合度和不同温度下PVDF 材料的热导率，证明了随着温度的增加和材料聚合度的增加，PVDF 的整体热导率均呈现增加趋势。此外，对其整体热导率的分解研究表明，在一定温度下λ_C 和λ_B 分别仅与分子的回转半径的倒数及宏观密度有关，且呈现线性关系；当PVDF 分子的回转半径较大时，λ_NB与回转半径呈近似线性关系。基于大量的数值模拟结果，本文分别提出了λ_C，λ_B，λ_NB 以及材料整体热导率的关联式。上述研究对于PVDF 材料的设计及应用具有重要的指导价值。

超临界水气化技术可实现生物质废弃物的资源化利用，由于超临界水具有独特的物性，颗粒孔结构形成及演变特性与常规状态有所不同，其极大地影响颗粒在超临界水中的流动传热化学反应，因此探究孔结构演变至关重要。本文首先基于间歇反应器开展生物质气化实验研究，其次对获得的固体颗粒孔结构特性进行全面表征，通过分析不同条件下颗粒孔结构特性获得了孔结构形成与演变规律。研究发现气化后颗粒孔容相较原料扩大了约57 倍，比表面积扩大约86 倍。

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。

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。

通过供工业蒸汽实现热电联产，是提升燃煤发电机组能量利用效率和经济性的有效手段。然而，当热电联产机组低负荷运行时，进入工业蒸汽管道的抽汽温度过高会限制机组的运行灵活性。为解决这一难题，本文提出了降低再热蒸汽温度的滑参数运行模式，建立了系统变工况性能分析模型，并以330 MW 热电联产机组为例分析了灵活性与能耗特性。研究结果表明，再热蒸汽滑参数运行可增加机组最大调峰容量约14%，且再热蒸汽温度降低到一定程度后可降低机组发电煤耗率，典型供暖工况下，滑参数运行机组年运行收益达78.84 万元。

为了确定不同电势对碳纳米管内部CO₂/[Bmim⁺][Tf₂N⁻] 离子液体在界面的双电层结构，采用分子动力学模拟的方法研究了二氧化碳/离子液体在不同电势下的热力学结构。通过对原子坐标进行变换直观的展示了原子分布特征。发现施加电势φ 超过−4 V 后会形成双电层，随着电势的增加界面分层现象越来越明显，[Bmim⁺] 离子的压力幅值变大且更靠近壁面，之后CO₂ 聚集且原子间的平均距离减小。电势到达−10 V 时双电层完全分层，近壁面区域可分为纯[Bmim⁺] 离子和CO₂/[Bmim⁺]离子混合区域。