作为一种典型的大气污染物，VOCs 对大气环境及人体健康危害极大。VOCs 的高效清洁脱除是我国生态环境保护的重大需求，也是国家十四五规划的重要内容。本文基于我国经济发展的现状，总结了国内VOCs 的来源特征，国家、地方及行业的排放标准，分析了回收法和销毁法两大类VOCs 脱除技术的发展现状，提出了多方法结合的技术特征，并预测了未来VOCs脱除技术的优势发展方向。

篦齿封严是一种结构简单有效的封严技术，广泛应用于航空发动机中。本文采用数值模拟的方法研究了旋转对直通型篦齿封严结构流动换热的影响。研究的参数为Ta/Re 从0 变化0.1。所有的结果都是在雷诺数为6000，10000 和15000 时获得的。结果表明，在研究的范围内，旋转速度的增加会降低篦齿通道内的涡流损失和节流损失，从而导致泄漏系数增大；随着转速的增加，顶部壁面的换热增强而齿腔内的换热减弱。

针对现有气膜冷却掺混损失评估方法无法准确计算通道二次流影响区域内的主流冷气掺混损失的问题，本文建立了一种全三维掺混损失计算方法，基于HS1A 涡轮导叶，在吸力面设置具有不同复合角的气膜孔以保证气膜冷却效率要求，进一步通过控制主流与冷气参数分析了损失机理。该评估方法以掺混熵增作为损失评估依据对不同模型进行分析，结果表明：在吸力面气膜孔设置分区域复合角在提升气膜冷却效率的同时将增加掺混熵增。通过设置复合角可以减少二次流引起气膜偏转的损失以及气膜脱离产生的损失。

土体导热系数是描述土传热性能的重要参数之一，对其准确地预测和敏感性分析有助于评估岩土工程的热响应热性，预防工程的变形和破坏。基于Kersten 团队的土导热系数试验，分析导热系数的影响因素，考虑将温度变量引入传统经验公式并验证，得到对黏土适用性较好的改进经验公式。基于人工智能算法对导热系数建立以土质、干密度、含水率和温度为输入变量的预测模型。分析预测结果表明随机森林模型、径向基函数神经网络(RBFNN) 和鲸鱼优化BP 神经网络(WOA-BP) 都能准确地预测导热系数，其中WOA-BP 的预测性能最好，随机森林和RBFNN 次之。选用新的样本集对预测模型进行验证，发现模型预测效果依旧很好，具有一定的泛化能力。利用蒙特卡洛模拟对改进经验公式进行参数敏感度分析；再借助随机森林模型对特征重要性进行排序，评估不同输入变量对模型输出的影响程度；最后通过权积法结合WOA-BP 计算影响因素敏感性。发现三种方法得出的结果均一致，即导热系数对含水率、干密度、温度和土质的变化敏感程度依次降低。

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。

本文提出了一种基于聚光分频的太阳能定向制液态碳氢燃料系统，并对其进行了理论建模和热力学分析。该系统中，聚光太阳能被分频，一方面短波太阳光子被用于光伏发电，所产电能直接驱动质子交换膜电解槽电解制氢，为二氧化碳加氢制甲醇提供氢源，另一方面，长波太阳光子加热换热工质实现储热，为二氧化碳加氢反应提供热能并确保反应期间温度稳定，余热供海水淡化/自来水蒸馏、直接空气二氧化碳捕集等方式获取系统反应原料，从而实现全光谱高效梯级利用的太阳能驱动液态碳氢燃料定向制备。研究结果表明：标准AM1.5G 阳辐照条件下，砷化镓光伏板的温度为105°C 时系统可获得最大㶲效率，为23.40%，对应产氢量为2.84 L·min⁻¹，再循环二氧化碳加氢反应器压力5 MPa，反应温度220°C，碳氢比1 : 3 条件下，氢气转化率68.19%，甲醇产物选择性97.90%，对应甲醇产量为0.91 g·min⁻¹，太阳能制甲醇的燃料效率为6.08%。本研究为助力碳减排，促进碳中和提供了重要的技术方案。

以热储能作为枢纽，利用已有燃煤电厂与国家输电网络，和光伏、风电集成多能互补电站，可提升新能源消纳比例与电网调峰能力。本文提出基于气氛保护的二元太阳盐与Hitec 盐联合的四罐级联式方案并分析了技术经济性，结果显示四罐级联式的单位能量成本是传统双罐二元太阳盐储热的49%，充电价3 cents/kWh 时，其度电成本也比二元太阳盐双罐式低约2.2 cents/kWh。由于利用燃煤电厂现有基础设施的初始投资减少，相较抽蓄、压缩空气、钒液流电池电站，储热型火电厂的度电成本在放电时间在9 h 以内具有明显的优势。论文还调研了中国各省风、光、火电厂分布情况，内蒙、甘肃酒泉、山东都适合本方案的推行，以内蒙为例，其境内鄂尔多斯市、乌兰察布市尤为适合本方案的实施。

多孔介质由于其表面积大、质量轻、通道复杂等突出优势，在能量转化、热管理与储能等领域发挥着关键作用。本文基于三周期极小曲面(TPMS) 方法定制了均一孔隙和梯度孔隙率W 型多孔结构(孔隙率ε=0.3∼0.5，水力直径d_h=1.33∼3.86 mm)，并建立多孔介质燃烧反应计算模型，研究了W 型多孔结构和SC-BCC 点阵结构内火焰稳定的范围，结果显示W 型结构的火焰吹脱极限更高(当量比φ=0.65，进口速度V_in=0.6∼2.2 m·s⁻¹)。在此基础上研究了孔隙率呈连续梯度变化的W 型孔隙多孔结构对燃烧与传热过程的调控规律，结果显示连续梯度孔隙结构可通过自适应的改变回热率，从而大幅拓宽火焰稳定范围。

卡诺电池(CB) 是可同时实现储电和余热回收利用的新兴储电技术。当前耦合余热卡诺电池(TI-CB) 仅在充电环节利用余热，余热利用不充分。本文提出一种全时段耦合余热的卡诺电池系统(DTI-CB)，通过将余热与有机朗肯循环(ORC) 耦合，实现余热与卡诺电池全时段高效集成，并对其热–经济性能进行评估。相比TI-CB 系统，DTI-CB 最高可提高95.67% 的发电能力和降低30.90% 的平准化度电成本；相比ORC 发电和CB 独立系统，DTI-CB 在高负荷条件下具有更高的热经济性优势。

本文将三种空分压缩热的利用方式加以比较，包括有机朗肯–空分压缩热回收系统(ORC-ACS)，有机朗肯–电驱动式蒸气压缩–空分压缩热回收系统(ORC-VCR-ACS)，以及有机朗肯驱动式–蒸气压缩–空分压缩热系统(ORVC-ACS)。计算结果显示，ORVC-ACS 具有最高的节能性和经济性，其节能功率可达1723 kW，折合节约电量15.1 GWh/a，空压机节能率达7.5%。ORC-VCR-ACS 次之，其最高节约功率约为1268 kW，ORC-ACS 的节能功率最低，其最高节能功率约为783 kW。ORVC-ACS 的最高净现值约为9.9 千万元，折现回收周期小于3.2 年，具有较高的经济效益。ORC-VCR-ACS 和ORC-ACS的最高净现值和最大折现回收周期分别约为9.7 千万元、3.4 年和4.4 千万元、4.8 年。此外，三个系统每年最多可节约二氧化碳分别为10.8、11.4 和4.9 百万吨，显示出巨大的环境潜力。

本文采用大涡模拟(LES) 方法研究了低雷诺数(Re=1.5×10⁵) 下不同壁面条件(绝热壁和等温冷却壁) 对两种不同负荷水平的压气机叶片(IET-ULF1 和IET-ULF2) 分离剪切层转捩特性的影响。研究表明：壁面冷却减小了近壁气流运动黏性，削弱湍流耗散对分离剪切层应起的稳定作用。对于压气机叶片IET-ULF1, 壁面冷却诱发剪切层更快失稳，显著加速转捩过程；对于具有更高负荷水平的叶片IET-ULF2, 壁面冷却对转捩的调控效果相对较弱。分离剪切层下方回流掺混、大尺度三维发卡涡破碎以及近壁低能流体的“上喷–下扫” 过程决定了湍流脉动水平和气动损失。当存在壁面冷却时，分离剪切层转捩过程涡动力学强度受到抑制，湍流脉动产生速率减小，延缓了边界层发展，IET-ULF1 和IET-ULF2 叶型损失分别降低18.2% 和22.1%。

压缩机是空调的核心部件，其振动特性对改善压缩机的可靠性十分关键。为研究空调外管路固定方式对压缩机振动特性的影响，本文开展了压缩机振动特性试验研究。考虑了包括空调外管路约束位置、约束数量两个变量因素；记录压缩机在30 Hz∼90 Hz 的运行频率下各测试点不同方向的振动加速度。试验结果表明，适量增大约束位置与室外机的距离能更好地实现压缩机的减振效果；增加约束数量仅会在压缩机轴向减振上取得微弱效果，反而会使电机径向加速度大幅增加。

质子交换膜燃料电池电堆中水热管理策略与电堆结构与大小息息相关，开发过程必须引进电脑辅助设计模拟工具, 本文基于COMSOL 软件开发了快速成型电堆二维模型，模型中考虑膜电极的零部件、双极板及冷却水槽道中的气、水、热、电的相互影响，在模型中加入阴极进气和排气歧管，真实地模拟了整个电堆的气体流动分布。该模型中几何尺寸及单电池数量经过参数化，能依据设计要求快速建模并进行仿真，在进行更详细三维模拟仿真之前，为电堆设计提供初步设计方案。本文以一个10个单电池串联的二维燃料电池堆模型为例，求解了气体流道，多孔介质、电极耦合表面和固体流体传热的一整套质量、动量、组分和温度守恒方程。针对U 型进气方式，分析了电池堆氧气速度、质量分数和电极耦合表面电流密度分布特点。基于该电堆模型，研究了电压，质子交换膜电导率，空气进气流速等参数对电堆水气分布的影响。模拟结果发现高电压工作，较大的质子交换膜电导率，较大的进气流速均会提高电堆性能。通过优化现有模型结构，实现了电池堆水气更均匀地分布，为燃料电池堆的进一步设计提供参考。

闪蒸是一种高效快速的相变方式，具有巨大的工程应用价值。本文针对伴随着流动的闪蒸产汽过程，建立了压力驱动的变饱和温度的Lee 相变模型，并结合VOF 模型对入口过热度3∼6 K，初始液位高度0.3∼0.8 m 的纯水闪蒸进行了数值模拟与机理分析。结果表明，入口区域的剧烈相变产汽优化了闪蒸室内的气液与温度分布，是促使闪蒸室产汽速率和工质转化效率增加的重要因素，研究范围内，入口过热度的提升与初始液位高度的降低可以使出口工质的不平衡系数分别降低约55%、35%，入口过热度与初始液位高度的提升可以使蒸汽发生速率提升约292%、191%。

为实现单螺杆蒸汽压缩机喷水参数的合理调控，本文通过建立三维单螺旋槽道模型，开展了湿压缩过程喷入冷却水趋壁成膜过程的数值模拟研究，分析了槽道内形成有效水膜的覆盖面积以及喷水质量流量、速度、角度和螺杆转速等关键参数对其影响规律。研究结果表明，喷水质量流量对形成有效水膜覆盖面积影响最大，最大增幅为6.77×10⁻⁴ m²；喷水速度、角度及螺杆转速引起的有效水膜覆盖面积增幅依次为喷水质量流量引起增幅的59.85%、50.68% 和47.79%。

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。

超临界水气化技术(Supercritical Water Gasification, SCWG) 作为一种很有竞争力的制氢技术，在“双碳” 目标愿景下，积极探索与氢冶金的结合路线具有重要的现实意义。本文提出一种新的技术路线：在同一个反应釜内，超临界水气化制氢的同时，完成金属氧化物的还原，简化冶金流程。从热力学及实验两方面验证了该技术的可行性，在甘油质量浓度2%、5% 及10% 的超临界水气化氛围下，均能迅速还原制取Fe₃O₄、Cu 及MoO₂ 粉末；在甲酸质量浓度50%、60% 及70% 下气化均能实现蓝钨(WO2.9)、紫钨(WO2.72) 的制取，且在50% 质量浓度下，针状结构明显，较少结块。

本文针对清洁燃料替代传统燃料，在光学发动机上，利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明：相同预混比下随着PODE 的掺混增加，缸内压力峰值、放热率峰值、压力升高率都随之降低，着火延迟期延长，燃烧持续期增加，燃烧相位后移，燃烧趋于平缓。在预混比为50% 时，直喷P20D80 及P50D50 的单循环燃烧总放热量分别为直喷P0D100 总放热量的97.89% 和95.39%，单循环碳烟生成总量分别为直喷P0D100 的55.22% 和36.55%，碳烟高温区域分别减少了52.9% 和73.32%，碳烟平均温度的稳定值分别降低了6.65 K 和20.25 K，碳烟平均KL 因子的稳定值分别降低了10.35% 和16.12%。相较而言P50D50 作为直喷燃料既能保证较高燃烧热效率，又能有效抑制碳烟的生成。

本文利用高速摄影技术，对氨预燃室射流引燃燃烧过程进行了可视化研究。实验结果表明：较大的预燃室容积可以提供较大的点火能量，从而减少点火延迟和燃烧持续时间；预燃室容积是主燃烧室内混合气着火位置的最大影响因素，预燃室体积越大，着火位置越靠近预燃室。在良好的燃烧条件下，小孔径的预燃室具有更好的燃烧特性，尽管点火延迟延长，但燃烧持续时间可以显著缩短，尤其是在高温环境中。

开放型微通道具有促进气液分离、稳定两相流动并提升流动沸腾换热性能的优点，然而随着电子器件热管理要求的不断提高，进一步提升开放型微通道流动沸腾换热能力成为研究热点。本文以低表面张力流体SF-33 为实验工质，对比研究了光滑表面开放型微通道(SSOMC) 与分级强化结构开放型微通道(MEOMC) 中的流动沸腾特性，利用高速相机观察两个开放型微通道中的气泡行为及流型转换差异，并分析分级强化结构影响流动沸腾换热机理。结果表明，在高热流密度下SSOMC 中出现段塞–分层流，而在MEOMC 中观察到一种命名为段塞–爆破弥散流的新流型。分级强化结构能够显著提升开放型微通道的流动沸腾换热性能，并且在过冷流动沸腾时提升换热性能效果更佳明显。另一方面，由于分级强化结构较强的毛细芯吸能力，导致MEOMC 中的两相压降始终低于SSOMC。

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。

利用激波管试验平台测量了氨/甲醇混合气在不同当量比、不同掺混比、高温中低压条件下的着火延迟期。基于试验数据，提出了一个新的组合简化模型(NH₃-M)，能够较好地预测氨/甲醇混合气的着火延迟期，基于该模型进行了化学反应动力学分析。结果表明，添加5%(摩尔分数) 的甲醇可以使氨/甲醇混合气的着火延迟期缩短60% 以上，氨/甲醇混合气着火延迟期的对数和着火温度的倒数均满足线性关系，影响该混合气的着火延迟期主要是OH、O、HO₂、H 等小分子自由基，氨和甲醇最初的消耗均从脱氢反应开始，R224: H + O₂ = O + OH 是敏感度最大的着火促进反应，R466: CH₃OH + NH₂ = NH₃ + CH₃O 和R467: CH₃OH + NH₂ = NH₃ + CH₂OH 并不直接促进着火，而是产生的中间产物进而生成活性物质促进了整个反应的进行。

建立电磁振动风扇热壁面散热模型，研究电磁振动风扇对恒热流壁面的对流换热效果。以矩形扇叶为基础，构造9 种锯齿形扇叶，采用实验和数值模拟研究方法，研究不同扇叶的散热效果。结果表明，在研究范围内，锯齿数最多时的三边锯齿扇叶对恒热流壁面的散热效果最佳，与矩形扇叶相比，该锯齿型扇叶使壁面平均温度和最高温度分别下降3.3°C 和5.2°C。数值模拟结果与实验结果吻合较好。流场分析结果表明，在锯齿的作用下，扇叶诱导产生的大尺度旋涡被打碎成小尺度旋涡，因此对流传热得到增强。

采用飞秒激光时域热反射法结合金刚石对顶砧装置与高温热台装置，实现了在0∼8 GPa 以及300∼873 K 下不同晶向ZnO 的热性能表征。发现高压和高温下铅锌矿ZnO 的热导率均存在各向异性，且热导率的压力依赖性呈非单调变化，热导率的温度依赖性呈单调变化。该研究有助于对高压和高温下宽带隙半导体的内部热输运机理的深入理解，并为寻找高热电优值材料提供思路。

中空纤维膜除湿技术避免了气液夹带对室内环境的污染，在近年来受到越来越多的关注。中空纤维膜在液体重力和气流冲刷的共同作用下容易发生弯曲和变形，膜管的振动和变形对流体流动以及传热传质均会产生影响，但是目前对流致振动状态下中空纤维膜管的传热传质特性研究尚不多见。本文运用任意拉格朗日–欧拉法建立了流体诱导纤维膜振动的双向流固耦合模型，研究了脉动流体振幅和频率对中空纤维膜传热传质性能的影响。结果表明：当增大脉动风速振幅时，膜的迎流方向振幅高于垂直流动方向，与非流致振动状态相比，传热和传质强化因子最高可达到81.4% 和86.7%；在脉动平均流速为1.5 m·s⁻¹，频率为10∼40 Hz 时，流致振动可使传热和传质强化因子最高达到68.9% 和96.2%。

代理模型的引入使得离心压缩机优化步入数据驱动模式，但其优化的基础仍是准三维设计方法。而准三维设计方法的输入参数具有很强的经验性，因此，构建数据驱动的优化设计方法对离心叶轮的设计具有重要的价值。本文从准三维设计方法出发，采用“全可控涡” 设计方法，结合k 折交叉验证方法，对需要设计者给定的角动量分布参数进行全工况的优化。数值结果表明设计点效率可以提升0.61%。最后，采用Sobol 全局敏感性分析方法对优化参数的敏感性进行分析，结果表明：设计点效率对前缘载荷更加敏感，而失速裕度则对尾缘载荷更加敏感。本文的研究以数据作为驱动，研究结论对大流量系数离心压缩机的优化设计具有一定的参考价值。

富氧燃烧(Oxy-fuel combustion) 技术作为燃烧中CO₂ 捕集技术，在技术适用性和经济性上具有较强的优势。循环流化床富氧燃烧技术(Oxy-CFBC) 兼顾富氧燃烧和循环流化床燃烧的优点，燃料适应性广，烟气中CO₂ 富集程度高，易于低成本实现CO₂ 的捕集。本文梳理了近十五年国内外学者对Oxy-CFBC 技术的研究成果，从Oxy-CFBC 装置、流化特性、燃烧特性、污染物生成与控制、燃料、富氧燃烧电站系统优化、新一代循环流化床富氧燃烧技术以及国内外专利情况等方面进行了总结和分析，最后对Oxy-CFBC 在中国未来发展趋势进行展望。

锂离子电池凭借其高比能、长寿命、高功率等优点而得到了在新能源汽车和储能等领域的广泛应用。然而，锂离子电池的安全性问题仍是阻碍其大规模发展的重要问题。本文首次提出了自毁电池的概念，旨在探究清楚电池内部的热失控主反应机理的基础上，通过释放特定自毁剂的方式，达到对电池内部的某一特定反应阶段进行靶向阻断的效果，从而从源头上有效抑制电池热失控的发生，降低电池发生热灾害的风险。本文将对自毁电池的研究思路和进展进行简要概述，为电池系统的热安全性设计提供依据。

硅酸锂是一种新型的中温CO₂ 吸收剂，相较于氧化钙有较低的吸收再生温度(500∼700°C) 和较好的循环稳定性。本文择优选择Li₂CO₃ 作为制备硅酸锂的前驱体，并采用共晶掺杂钾元素的方法来提高其反应性能。通过挤出–滚圆法批量研制出机械强度大、循环稳定性高的吸收剂颗粒，探究了吸收–再生温度、二氧化碳浓度和颗粒直径对吸收剂颗粒性能的影响规律。进而，结合NiO 氧载体，在500∼650°C 下完成甲烷化学链重整制氢和原位捕集CO₂ 的实验，探究了不同反应温度和氧载体/吸收剂质量比例对化学链制氢和CO₂ 捕集性能的影响规律。研究结果显示，在600°C 的最佳反应温度下，通过吸收强化作用将化学链甲烷重整制氢的反应温度降低了25°C，甲烷转化率提高了13%，氢气纯度和CO₂ 捕集率达到90% 以上。

采用数值模拟的方法研究液桥力的两个因素含水量和接触角对喷动床中湿颗粒的流化特性、颗粒温度和颗粒浓度的影响。研究表明流化颗粒的数量随着喷动床高度的增加而增加。当含水量为0 时，喷动床喷泉区域没有出现颗粒团聚的现象；当含水量的增加，Z 方向的流速先增大后减小，在喷泉区域出现明显的团聚现象。当接触角增大时，喷泉区Z 方向的流速先减小后增大，接触角为30^◦ 时流速最小。接触角越大，核心高温区域越靠近喷射区域。当接触角为30^◦ 时，颗粒运动阻力达到最大值，随气流从床层逸出的颗粒数量最少。

为了研究进气总温畸变对轴流式跨音压气机性能和稳定性的影响，以达姆施塔特跨音压气机为研究对象，针对不同周向范围的总温畸变区进行了冻结转子法稳态和瞬态转静法非稳态的三维全环数值模拟研究。结果表明：在设计转速条件下，高温畸变区的周向范围越大，冻结转子法稳态和瞬态转静法非稳态计算结果的差距越小；在高温畸变区周向范围为180^◦ 时，通过对最高效率工况点的内部流场分析，发现冻结转子法稳态计算无法准确捕捉畸变区的周向偏转；高温畸变区的周向范围较大时，平行压气机理论模型对近失速工况点的预测值更接近非稳态计算结果；通过对非稳态时均结果进行轨道法分析，发现高温畸变区的周向范围越大，不同周向位置处的转子叶片的运行特性差异越大。