建立了不同吹扫模式下碘化氢(HI) 分解膜反应器有限时间热力学模型，将吹扫气流率、反应进口压力、渗透膜厚度、反应器长度作为决策变量，以HI 转化率最大、H₂ 回收率最大、总熵产率最小为目标开展多目标优化。通过研究发现，在给定的决策变量变化范围内HI 转化率和H₂ 回收率最大两者具有一致性，但两者无法与总熵产率最小同时达到最优；相比顺流吹扫模式，逆流吹扫模式下Pareto 前沿目标值均具有较高的HI 转化率和H₂ 回收率。使用不同的决策方法选取最优解，顺流模式下的TOPSIS 决策点和逆流模式下的LINMAP 决策点具有较小的偏差因子可作为反应器参数设计最优解。

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。

基于量子对应态原理并考虑氢同分异构体之间的结构差异，建立了适用于预测低温正氢与仲氢输运参数的数学模型，明确了对比黏度和对比导热系数与对比德布罗意波长之间的线性关系，并使用所建立数学模型预测了正氢与仲氢的黏度与导热系数。通过对计算结果的检验分析，发现量子对应态原理方法可以较准确地预测温度20∼100 K 及压力0.01∼10 MPa 范围内正氢、仲氢的黏度及导热系数。压力对模型的预测精度影响显著，当环境压力小于1 MPa 时，对应态原理预测误差基本控制在6%以内。进一步修正模型中的物性常数修正有望提高对应态原理预测精度。

最佳热化系数可指导热电联机组容量配置，实现热电联产经济效益的最大化。本文提出了考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数确定方法，建立热电联产系统变工况分析模型，计算获得了案例机组的变负荷能耗特性，优化得到了技术经济最佳热化系数。结果表明：不考虑、考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数分别为0.750、0.702，不考虑变负荷能耗特性年节约费用的偏差达22.0%，考虑变负荷能耗特性后可获得更加精准的热电联产技术经济效益。

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。

针对除霜控制方法的自适应性需求，本文提出一种制热能力衰减(Degradation of Heating Capacity，DHC) 方法识别结霜状态，并基于全连接神经网络(Fully Connected Neural Network，FNN) 分类模型开展除霜效果水平预测研究。结果表明：在空气源热泵的监测案例中，所提出的DHC 方法能有效识别结霜状态，且在测试集中FNN 分类模型对除霜效果水平识别的准确率达到91.43%。与原始除霜控制方法相比，整个供暖季的除霜频率、热量损失和功耗损失分别降低66.3%、1775 MJ和1829 MJ，同时季节性能参数SCOP 提高8.6%。研究结果为ASHP 系统的除霜控制方法在实际运行中的实施与优化提供了一条有效途径。

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。

本文基于准稳态计算模型，提出了一种精馏型自复叠制冷系统降温速度的优化方法。以最大制冷量为优化目标，得到给定混合工质浓度时降温过程最佳吸气压力曲线，采用分段调节吸气压力的方法来匹配该曲线，从而减少降温时间，在此基础上可进一步优化混合工质浓度提高降温速度。该方法应用于箱内空气温度由20°C 降至−100°C 的试验箱降温过程，采用摩尔比例为0.35/0.25/0.15/0.25 的R50/R1150/R290/R600a 混合工质，结合最优吸气压力切换参数：两个切换温度(−20°C 和−105°C) 和三个切换压力(700 kPa、600 kPa 和550 kPa) 可以达到最短的降温时间。研究结果还表明不同蒸发温度区间所需的最优浓度不同，在降温过程中调节工质的浓度，则可以减少降温时间。该优化方法可为其它混合工质制冷系统降温过程研究提供参考。

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。

采用ANSYS FLUENT 软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm，内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70°C，总传热温差为5°C 和7°C，入口蒸汽速度为14∼20 m/s。模拟结果表明，液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加，液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定，更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加，液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低，更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。

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。

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%。

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程，本文提出了耦合VOF 方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟，分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律，查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明，由于局部蒸汽的覆盖，不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点，高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积，高过冷度会延缓转折点，但整体热阻将升高。

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%。

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。

当固体壁面间距仅有几个纳米时，纳米受限效应使得流体自扩散系数降低1∼2 个数量级，孔径、温度和压力的影响显著且复杂。分析受限流体扩散机理和规律，建立简洁的关联式具有重要意义。本研究从分子模拟出发，经过仔细计算和分析，获得了大量纳米孔隙中流体自扩散系数数据。分析了壁面吸附作用对流体扩散的影响机理和规律，提出了可简单描述流体扩散行为的无量纲扩散系数，从而与努森数建立相应关联式，具有较强的适用性。

在核能主动热利用领域，需要高温热管具有较大的长度并保证均温性，然而现有对高温热管的研究集中在热管性能的理论预测和较短的高温热管预研方面。本文首先制备了67 倍长径比高温热管，理论分析了其冷态启动特性，并对其冷态启动和稳态传热性能进行了实验研究，提出了可以发挥其优良传热性能的加热方式；进一步制备了200 倍长径比高温热管，定性验证了其良好的传热性能，定量实验研究了其冷态启动过程，并发现了超长高温热管喉部区域的热量传递规律。

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。

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。

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。

现代透平叶片设计过程中，需要不断调整沿径向分布的几何参数，设计周期长。为了解决此问题，本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道，对每个子流道进行一维设计，得到其最佳速比与进出口几何角，再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F 级燃机末级的边界条件，应用该方法对其叶片进行重新设计，并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比，优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大，流量降低0.26%，但余速损失显著下降，同时轮周效率提高了1.7%，总–总效率提高0.37%，并且轴功增大了1.47%。

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。

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。

轴流压气机一维分析在压气机设计及性能快速预测领域具有重要作用，本文基于广泛实验得到的冲角、落后角及各类总压损失模型，建立了逐叶片排计算的一维平均中径程序，利用NASA 2 级压气机验证了程序计算精度。通过对四类失速边界模型和三种堵塞边界模型的预测结果对比，分析各类模型在不同转速下的适用性，对压气机流量边界的一维预测提供指导，同时基于速度比提出了一种堵塞边界预测方法，取得较好的效果。

为了探究可调串列静子相对于常规可调静子的优势机理和流量调节极限，采用数值模拟方法分析了中低转速下某两级风扇在常规静子可调和串列静子可调两种情况下的变角度性能。结果表明：静子出口气流角决定下级转子部件流量，开大串列静子前叶可以提高静子部件流量，风扇整体流量由转静子部件流量共同限制；对中间级，调节常规静子会引起进出口几何角变化不匹配，改为串列可调后，在实现相同的出口几何角下，调节合适的串列前叶角度会大大减小静子损失，同时增大流通能力；对出口级，串列可调可以在保证风扇出口流动方向的前提下，调节串列前叶实现更高流通能力和更小损失；通过各级导叶静子匹配调节，与常规方案相比，串列方案的效率0.84 以上的最大流量边界提高了10%。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

本文以常见可燃工质为对象，基于Gaussian 16W 的M06-2X/6–311+G(d, p) 优化计算，得出工质分子结构在微观模型下的分子描述符数据。同时采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、人工神经网络(ANN) 三种不同的机器学习方法，将微观数据与宏观实验数据关联起来，从而预测这些工质的最小点火能，总体R² 分别达到了0.853、0.782 和0.906，表明预测有着良好的准确度和鲁棒性，该预测结果可以为新工质的实用性和安全性提供理论依据。

微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下，以空气和水为工质对4 mm×4 mm，5 mm×3 mm 截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、液体入口雷诺数和液塞长度对方管和矩形管壁面温度和努塞尔数的影响。结果表明：液相雷诺数和气相雷诺数对方管和矩形管两相换热系数的影响有部分差异。本文结果为微通道换热器的设计和矩形管及方形管泰勒流的换热数学模型的建立提供了参考。

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。

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。

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。