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。

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。

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。

布雷顿循环具有高效、紧凑的特点，适合作为核反应堆热电转换系统。本文基于EBSILON 软件建立了简单循环、简单回热循环、再热回热循环和间冷回热循环四种开式布雷顿循环构型的系统仿真模型，对循环关键参数进行热力学分析，以循环效率、功率密度为性能指标进行了循环参数优化，并与闭式布雷顿循环进行了对比分析。结果表明，四种开式循环构型中再热回热循环效率最高，可达25.44%；简单回热循环功率密度最高，可达171.13 kW·m⁻³；将开式循环改进为空冷闭式空气布雷顿循环，最高循环效率提高12.56 个百分点，最高功率密度增加11.87 kW·m⁻³。

共底贮箱是低温推进剂贮箱的理想形式之一，其两侧低温推进剂的无损贮存是亟待解决的关键技术。本文结合已搭建的液氧/液甲烷零蒸发共底贮存实验装置，建立了零蒸发共底贮存系统冷屏仿真模型。针对非稳态流动传热过程中温度的位变与时变特性，提出了温度离散系数，其相比不均匀系数更适用于评价非稳态流动传热过程中冷屏的热均匀特性。结果表明，采用蛇形盘管的冷屏在非稳态过程中具有良好的热均匀性，冷屏最大温度离散系数为3.85%。

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。

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。

为降低数据中心(DC) 冷却系统的能耗和水耗，在机械制冷和直接新风冷却的基础上提出了一类耦合天空辐射制冷(RSC) 的DC 冷却方案，并研究了相应的系统构型和运行策略，建立了相关的数学模型。将冷却方案模拟使用在位于西安的一个模块化的集装箱DC 上，对其节能节水效果和环境经济效益进行了评估，还对冷却方案在中国10 个典型城市的地区适应性进行了分析。结果表明：所提出的耦合冷却方案(CM) 与机械制冷(MCM) 相比，冷却系统节能减排率达到了55%，与主流的新风加湿冷却(OAHM) 相比提高了5.2%，同时水耗降低了18.7%；相比于MCM，CM 在各城市的节能减排率在42.9%∼78.1%之间，体现出良好的节能节水效益。

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。

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%。

将直接空气碳捕集(Direct air carbon capture, DAC) 与可再生综合能源系统(Integrated energy system, IES) 结合，是实现区域碳中和的有效途径。合理的配置方法是系统稳定、灵活、经济与零碳的前提。常规配置方法无法反映DAC 吸附、解吸的动态CO₂ 传质特性以及能耗特征差异，导致非最优或不可行的配置方案。为此，本文构建了面向配置的DAC 模型以反映其动态运行特性，在此基础上以包含投资成本、运维成本、可再生能源削减惩罚以及负碳排环境效益的年总成本为目标函数，建立DAC-IES 配置模型，获得各设备的最佳容量与协同运行策略，揭示间歇波动供能背景下DAC 的灵活运行机制。案例分析验证了所提出的配置方法的有效性与优越性。结果同时表明，DAC 系统灵活运行能够实现与可再生能源更好地协调与更经济地碳捕集。

构建高效制冷循环是发展高效制冷系统、实现制冷行业节能减排的核心内容。传统制冷循环构建往往基于专家经验，构建的制冷循环性能因人而异，且难以获取全局最优结构。基于图论和换热器分离的方法，本文提出了含引射器的制冷循环自动构建方法，确定了引射器结构和引射式循环构型的数学化描述，建立了引射式循环的构建算法，并应用所提方法构建了适用于冷冻温区的引射式两相回热循环。结果表明：相比于经典的引射器回收膨胀功循环，能效比提升23%。

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。

火焰燃料电池(Flame Fuel Cell, FFC) 是一种新型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)，将富燃火焰与SOFC 直接耦合，具有装置简单、燃料适应性广、启动快速等特点，在小型天然气分布式供能以及动力系统中极具应用前景。本文首先介绍了FFC 的发电原理与研究概况，随后分别从燃料富燃特性、富燃火焰中电池性能特性以及FFC 电堆集成与系统分析三个方面介绍了火焰燃料电池的相关研究进展，并展望了超高温燃料电池研发、衰减机制研究以及规模化放大等发展方向。

为降低醇胺法碳捕集系统对燃煤电厂热经济性的影响，通过ASPEN PLUS 软件搭建了基于速率模型的碳捕集系统，并构建了集成富液分流工艺、贫液闪蒸压缩工艺与蒸汽过热度利用的新型碳捕集系统。结果表明新型碳捕集系统在富液分流比为0.1、闪蒸压力为0.16 MPa 时，再生能耗最低，为3.09 GJ/t CO₂，相比常规碳捕集系统降低了20.77%，其中，蒸汽过热度的利用使得再生能耗降低了11.54%。此外，利用EBSILON 软件搭建了耦合碳捕集系统的亚临界机组热力系统，研究得到当机组负荷为127.55 MW、CO₂ 捕集量为50 万吨/年时，新型碳捕集机组的锅炉热负荷相比常规碳捕集机组降低了1.87%，发电煤耗降低了7.22 g/kWh。可见，采取的优化措施不仅可以降低碳捕集系统的再生能耗，还大幅度改善了亚临界碳捕集机组的热经济性。

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。

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。

现代战争中，军事目标的红外隐身对于提高其生存和突防能力具有重要作用。本文面向多目标波段的红外隐身，即近红外激光主动探测波长下(1.54 μm) 具高吸收特性、两个大气窗口波段具有低发射并兼顾非大气窗口波段的辐射散热需求，结合严格耦合波分析法和深度学习方法逆向设计Ge/Ag/Ge 多层膜圆孔超表面结构，针对优化得到的结构参数，通过分析潜在的物理机制和不同角度下的发射、吸收特性，达到了多波段协同隐身的目的。

糖醇作为具有性能优异的中温相变储热材料备受关注，其热稳定性是制约材料实际使用的重要物性参数。本文以赤藓糖醇为研究对象，从质量损失、熔点变化、熔化焓衰减这三个指标综合评价了其热稳定性，并建立了其热稳定性评估的动力学模型。结果表明，赤藓糖醇加热后的主要气态产物包括多种小分子气体，固态产物主要体现在C=O 键的生成。对质量损失、熔点和熔化焓等热稳定性表征参数变化进行了对比，发现赤藓糖醇熔化焓在空气氛围、145°C、48 h 下降了10.2%，变化幅度明显高于其他两个指标，因此选择熔化焓衰减作为赤藓糖醇热稳定性评价指标。在氮气(N2) 氛围下熔化焓衰减模型的活化能为80.0 kJ·mol⁻¹，对数指前因子为15.14 h⁻¹。基于模型进一步分析，在120∼140°C 下赤藓糖醇熔化焓半衰期为2401∼7851 h。

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。

本文在直径80 mm，高度11 m 的竖直管内对空气-水两相流动开展了可视化实验研究。实验的工况选取为表观气相速度J_G = 0.03 ∼ 16.53 m·s⁻¹，液相速度J_G = 0.04 ∼ 2.00 m·s⁻¹。根据压力、压差传感器获取的数据，本文分析了入口效应对两相流动的影响。在泡状流动区域内，压力随气速的增加而下降的趋势较缓，在弹状流内下降趋势加快。在流动转变为搅动流时，压力下降趋势再次减缓。随着液速增加，各位置的压力下降由缓到急的趋势所对应的气速逐渐增大。在气速大于10 m·s⁻¹时，发生了靠近入口位置的含气率突然增大的现象。随着液速增加，入口处含气率突增现象对应的气速逐渐降低。

提出一种带有竖直翅片的中置式光伏Trombe 墙，基于热力学第一和第二定律，数值研究翅片间距和高度对其性能的影响，并与无翅片的中置式光伏Trombe 墙进行性能对比。结果表明：在一定的翅片间距和翅片高度范围内，热效率可以得到有效提高；减小翅片间距和增大翅片高度能够提升电效率。引入综合效率计算发现，相比于热能，获得的电能在整体能效中占主导地位。在较大的翅片高度下，存在最佳翅片间距使综合效率最大化，且翅片高度的增大提升了系统的综合效率。翅片型中置式光伏Trombe 墙在翅片间距和高度分别为15.625 mm 和45 mm 时的综合效率达到了12.74%，相对于无翅片的系统提高了11.29%，具有很大的应用潜力。

液氦作为沸点最低(4.21 K) 的重要低温流体，被应用于各种低温系统及低温实验室等。氦的膜状冷凝效率是当前使用低温制冷机的小型氦液化及再冷凝回收系统实现性能提升的关键因素，但目前尚缺乏针对性的理论和实验研究。本文基于现有的实验研究，搭建低温竖直表面氦的膜状冷凝CFD 模型，模拟不同冷凝温差下氦在竖直表面的膜状冷凝过程，揭示其液膜分布与传热特性，本研究旨在为小型氦液化系统中氦冷凝器的设计及优化方向提供理论指导。

基于传统压缩空气储能模式，本文提出一种新型压缩空气储能式甲醇化学链循环热电联产系统。与传统化学链燃烧循环系统相比，该系统通过利用多余的电压缩空气，消除释能过程化学链空气压缩机耗功。与带有燃烧室的传统压缩空气储能系统相比，释能过程可实现CO₂ 的无能耗分离。同时，对储能过程低温压缩热进行储存，并将储存的热量用于释能过程甲醇参与的低温还原反应，提高低温热能品位。本文通过Aspen plus 软件对系统进行模拟，研究了氧化器反应温度、压力及空气流速对系统热力性能的影响。并以常规化学链循环作为参考，进行了性能对比研究。结果表明：该系统热效率、电效率和㶲效率分别比常规化学链循环系统高出16.53%、5.82% 和9.20%。

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。

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。

质子交换膜电解池(PEMEC) 被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确，给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent 编写用户自定义代码实现了电解池的三维多相多物理场仿真，探究了孔隙率和接触角对多孔电极内氧气分布的影响。然后采用VOF(Volume of Fluid) 方法和图像识别，与全电池模型耦合迭代的方法明确了氧气在流道中的聚集特征。最后提出了接触电阻模型，对不同压缩工况下电解池的性能进行分析。结果表明，增大孔隙率和降低接触角可加强脊下传质，氧气倾向于在流道近脊处生成，进而向中间聚集，最终形成段塞流；当电流密度为0.8 A/cm² 时，忽略接触电阻将会低估0.17 V 的电压。

有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC) 技术可用于低品位热能发电，在可再生能源开发和余热回收中应用前景广阔。随着“双碳” 目标提出，能源电力系统低碳化已成为必然趋势，因此，ORC 系统的环保性能指标越发重要。本文综述了ORC 系统全生命周期环保性能的研究现状，总结了ORC 全生命周期评价(life cycle assessment，LCA) 的分析流程，根据热源类型对相关研究进行了分类并总结了其环境影响特点，评价了常见工质的环保性能，最后探讨了ORC 系统全生命周期研究的发展趋势。研究发现，生命周期清单分析中的现有清单数据多为二次数据，Recipe 方法是应用最多的评价方法，ORC 系统的设备生产和工质泄漏是影响其环保性能的重要因素。

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%。

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。

建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源–热沉集成模型，基于构形理论，给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件，以液冷通道数及其半径为设计变量，研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响，获得了不同液冷通道截面积占比下的最优构形。当通道截面积占比和通道数给定时，均存在最优的圆心距使得热源–热沉整体的散热性能最优，但对应两个指标的最优圆心距不同。给定通道截面积占比时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道数的增加而降低；给定通道数时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道截面积占比的增加而降低。本文所得研究结果可对圆柱器件高效冷却的热设计提供理论指导。

针对涡轮外环实际工况的复杂、多变特性，本文搭建了垂直进气、气热参数可调的涡轮外环冲击–气膜冷却实验台，借助红外测温技术，以正交实验法开展主流马赫数、吹风比和温比变化对涡轮外环冷却特性的关联性研究。结果发现：涡轮外环的面平均综合冷却效率随主流马赫数增大呈降低–升高–降低的变化趋势，Ma=0.5∼0.8 的研究范围内，Ma 为0.6 时涡轮外环具有最佳的综合冷却效果；提高吹风比以增大冷气流量和动压的方式增益涡轮外环内外侧的冲击、气膜冷却效果，吹风比每提高0.5，涡轮外环的面平均综合冷却效率提升1.46%∼9.08%；温比由1.5 变为1.6，涡轮外环的面平均综合冷却效率下降0.85%∼7.95%。

催化燃烧技术的工业应用涵盖了我国“十四五” 规划和2035 远景目标纲要中指定的若干未来战略性产业，因此具有重要的科学和战略意义。在许多催化燃烧的应用场景中，气相火焰被点燃并与催化反应路径发生错综复杂的耦合关系。本文回顾了近年来贵金属催化通道内预混层流火焰的最新研究进展，简要梳理了催化通道内催化气相燃烧的控制方程、数值模型、点火和传递条件，以及氢气、合成气、甲烷、丙烷、正癸烷等重要燃料在铂、铑、钯等催化通道内的贫燃和富燃燃烧时的火焰形态和特性，尤其是化学、流动和传热传质等方面的决定因素。

气体扩散层作为质子交换膜燃料电池膜电极的重要组成部分，其孔隙率对电池性能有着显著的影响。本文以质子交换膜燃料电池(PEMFC) 为研究对象，建立了其三维稳态非等温计算模型。基于变分原理，以阴极扩散层含水量为优化目标，推导了阴极气体扩散层孔隙率的优化分布。优化结果表明，非均匀分布的阴极气体扩散层孔隙率有利于电池内反应物和水的传递，同时使温度分布更为均匀，从而提升电池性能。当电压为0.3 V 时，电池的输出电流提升6.8%，输出功率提升3.5%。

高温热泵技术是解决工业减碳的有效方案，R245fa 因其热物性较好而被广泛用于高温热泵系统，但目前对其高温工况下的流动冷凝传热特性研究却未见报道。本文实验研究了9 mm 水平圆管内R245 fa 在干度为0.1∼0.9、质量流速为218∼393 kg·m⁻²·s⁻¹、饱和温度为80∼100°C、热流密度为11300∼22500 W·m⁻² 下的冷凝传热特性。在实验数据与传热关联式对比基础上，对现有关联式进行修正，修正后的关联式对实验数据的平均预测偏差为6.11%，预测精度显著提高。

微波辅助生物质热解中复杂的能–热转化过程对产品性质具有重要影响。本研究考察了不同工况下微波辅助生物质热解热历程和产物分布特性，建立了微波辅助生物质热解过程中电磁波-热量传递方程与热解反应动力学相互耦合数值模型。结果表明，与常规热解相比微波辅助热解独特的热历程导致热解气中合成气(CO+H₂) 的产率提升(0.71∼7.43 倍)；对生物油中芳烃组分的选择性增加(4.87%∼18.8%)。通过改变微波吸收剂介电性能、添加比例和微波功率调变反应热历程，一定程度上实现了对产物组成的定向调控。

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。

分叶式叶轮由于其叶片的分离和偏移能够很好地处理气液流动而被广泛应用在石油工业中。本文采用叶轮可视化及数值模拟相结合的方法研究了分叶式叶轮内的气液流动特性。在该叶轮中，气团会率先出现在内叶片入口及外叶片的吸力面。气团在延伸至叶片分离和偏移的位置时，受到来自相邻流道流体的冲击。采用欧拉–欧拉模型时，数值模拟得到的叶轮内气液流动与可视化得到的结果基本一致。在叶轮流道中，被气团占据的区域失去了增压能力，而气团未占据的区域仍保留一定的增压性能。