通过化学链方法使用氧载体中的晶格氧进行甲烷的部分氧化反应制合成气，可以实现高的产物选择性。本文采用溶胶凝胶法制备了氧载体La_1−xSr_xFe_0.8Al_0.2O₃ 用于甲烷化学链干重整反应，使用热重和固定床反应器对不同比例Sr 掺杂氧载体的反应性能进行测试。实验结果表明La_1−xSr_xFe_0.8Al_0.2O₃ 中x=0.4 的氧载体氧容量高达1.88 mmol·g⁻¹，反应性能优异，同时积碳量较少。进一步对氧载体La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Al_0.2O₃ 进行了20 次循环稳定性测试，发现氧载体保持优异的氧化还原性能，实现了61.2% 的甲烷转化率，97.1% 的CO 选择性，1.81 的H₂/CO。氧载体的表征结果显示，反应前后氧载体的微观形貌以及晶相结构均未发生改变。本文的结果表明La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Al_0.2O₃ 是适用于甲烷化学链干重整反应的高性能氧载体。

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。

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。

热泵供暖技术能够有效减少燃煤取暖产生的能源消耗和环境污染，但目前常用的热泵供暖系统的低温适应性较差，难以满足寒冷地区的供暖需求。考虑到斯特林热泵技术具有十分广泛的可用温区，本文研制了一台电驱动自由活塞斯特林空气源热泵，旨在考察其在不同气候条件下的供热性能。实验结果表明，在普通、寒冷和极寒地区供暖工况下，电驱动自由活塞斯特林热泵的整机制热性能系数分别达到了2.31、1.97 和1.78。随泵热温差增大，斯特林热泵的相对卡诺效率逐渐升高，其在大泵热温差下优势更加明显。

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。

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。

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。

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。

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。

天然气水合物开发是国家重大战略需求，距离其商业化开发还需要进一步提产增效，如何实现天然气水合物高效开采需要依托于水合物热力学机制。传统水合物热力学研究局限于相平衡特性，缺乏水合物分解过程非平衡热力学角度的考量，同时水合物分解过程中可能伴随结冰和融冰，复杂传热和传质条件下水合物开采过程的热力学特性亟待阐明。本研究利用一套2 L的天然气水合物降压开采实验系统，模拟不同分布的水合物储层，在0.55 L/min(标准工况) 的恒定排气速率下开展长降压(至1.0 MPa) 过程水合物开采研究，结果表明降压过程中水合物区域温度与压力之间存在着只受水合物分解控制的非平衡热力学关系(T[°C]=8533.8/{38.98−ln(1000p[MPa])}−275.25)，并且不受储层温度梯度影响。吉布斯相律表明相变过程热力学自由度为1，天然气水合物开采属于相变过程，其温度压力的定量关系吻合热力学理论。当水合物降压到2.1∼2.3 MPa 左右时，储层内出现瞬时结冰，导致温度突增并加速水合物分解，由于排气速率恒定，聚集的气体使压力最高上升到2.36 MPa，分析发现结冰前后水合物储层温度和压力仍满足水合物的非平衡热力学相图。本研究阐明了天然气水合物开采过程热质传递作用存在条件下相变热力学机制，能够为开采现场监测进程提供更为实用的理论依据。

本文研制了一套用于低温比定压热容(c_p) 测量的流动量热计，该量热计由恒温浴系统、流动系统、量热池和数据采集系统四部分组成，可实现115 ∼ 340 K 温度范围内的比定压热容测量，压力可达8 MPa。温度T、压力p 及比定压热容c_p 测量不确定度分别为11 mK，0.02 MPa 及0.9%。基于该量热计实测了45 个丙烷、30 个异丁烷、5 个乙烷及5 个乙烷+ 丙烷二元混合物的低温液相比定压热容数据，实测数据与高精度亥姆霍兹状态方程的计算值和呈现了较好的一致性，丙烷、异丁烷、乙烷及乙烷+ 丙烷的平均绝对相对偏差分别为0.26%、0.32%、0.31% 及0.38%，验证了该装置的可靠性。

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。

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。

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%。

建立了地热有机朗肯循环(ORC) 系统热力学和经济性模型，以最大净输出功率为目标，优化了典型氢氟烯烃(HFOs)工质R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z) 的蒸发和冷凝温度，分析了热经济性，并与传统工质R601、R601a、R245fa 进行了比较。结果表明，最佳工况下，R1224yd(Z) 与R245fa 的蒸发和冷凝参数接近；地热水进口温度低于130°C 时，R1336mzz(Z)净输出功率最大，相比R1233zd(E) 提高1.47%∼1.89%，但是，总换热器面积增幅超过17%；地热水进口温度高于130°C 时，R245fa 的净输出功率最大，发电成本比R1336mzz(Z) 下降15.5%∼16.8%。

作为超临界二氧化碳(SCO₂) 布雷顿循环的核心动力部件，准确分析近临界工况下压缩机的气动热力性能及损失特性对循环的高效运行至关重要。SCO₂ 压缩机在近临界点工作时易发生凝结，且凝结过程具有非平衡性，因此本文建立了基于欧拉–欧拉源项的SCO₂ 非平衡冷凝模型，并与平衡冷模型对比，评估了非平衡冷凝过程对SCO₂ 离心压缩机气动热力性能的影响。结果表明，非平衡冷凝模型对压缩机效率预测的结果更加准确；此外，非平衡的冷凝过程将导致压缩机的实际进口流量增加并使压缩机更快到达近喘振工况。

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。

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。

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。

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。

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。

氨作为一种应用前景广泛的清洁燃料，近些年来受到广泛关注。本文利用对冲火焰试验装置研究了二甲醚/氨混合物冷焰和热焰的熄灭特性；并对二甲醚/氨的低温和高温化学动力学进行了分析。结果表明，随掺氨比的增加，二甲醚/氨混合物冷焰和热焰熄灭极限减小。在二甲醚/氨混合物冷焰中，主要通过氨与二甲醚抢夺OH、反应DME + NO ⇐⇒ R + HNO 以及反应RO₂ + NO ⇐⇒ RO + NO₂ 三种途径抑制二甲醚的低温反应性。在二甲醚/氨混合物热焰中，主要通过氨产生的OH、H和O 自由基反应及反应HCCO + NO ⇐⇒ HCNO + CO 和HCCO + NO ⇐⇒ HCN + CO₂ 来提高二甲醚的高温反应性。此外，研究发现在二甲醚/氨混合物冷焰和热焰中主要的氮氧化物分别为NO₂ 和NO。

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%。

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。

本文对锂离子电池外部短路时的电热特性及其失效机理进行了分析，并针对未发生热失控的电池在后续使用中的性能表现以及其内部潜在的热失控风险进行了探究。结果表明，外部短路时电池的温度和电压变化与内阻有关，且内阻随着SOC 和短路电流而变化。进一步外部短路电池伴随着电解液蒸发、锂金属沉积、电极颗粒破裂、隔膜闭孔等现象，影响着内部Li⁺ 传输过程。对未发生热失控的电池进行了循环测试，电池容量在循环中得到恢复，极化内阻降低至初始水平，但欧姆内阻高于初始值。并且通过二次短路分析了此类电池内部潜在的热失控风险。

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。

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。

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。

为理清不同数值缩放方法特点，发展适用于多级高压比压气机的燃气涡轮发动机混合维度仿真算法，针对某型分轴式燃气轮机及其17 级压气机，分别基于弱耦合、常规迭代耦合、完全耦合、以及本文提出的改进迭代耦合方法建立了耦合整机零维模型与压气机通流模型的整机混合维度仿真模型。对比分析不同数值缩放方法的差异，结果表明，弱耦合、迭代耦合与完全耦合方法基本可实现相同的计算精度，与试验数据的最大相对误差小于10%。其中，弱耦合方法易于收敛，其计算精度与计算效率受特性图质量等因素影响；常规迭代耦合方法计算效率虽高，但其鲁棒性在多级高压比压气机的数值缩放中难以保证；完全耦合方法计算效率较低，且对求解算法与迭代变量初值要求较高；而改进迭代耦合方法有效利用了17 级压气机压比范围宽的特点，兼具鲁棒性与计算效率，整体表现最佳。

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。

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。

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。

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。

针对目前线性简化方法在简化详细机理过程中出现的不稳定性及预测不确定性较大的现象，本文提出一种基于智能算法的新型燃烧反应动力学非线性简化手段，并应用此方法对USC-Mech II 和JetSurF 2.0 详细机理进行简化，从而分别构建乙烯和正癸烷燃烧简化机理。结果表明，基于非线性方式的粒子群简化方法可以获得更加精简的简化机理；最终形成22 组分的乙烯燃烧机理和45 组分的正癸烷燃烧机理；在相似验证范围下，粒子群算法获得的组分数均少于其他简化方法所获得的组分数。

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%。

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。