采用表面张力理论和曲面离散化方法对热管吸液芯微细孔槽结构中的蒸发液面进行了三维数值模拟，将因润湿产生的弯曲液面用三角形网格进行离散，以能量最小化为原则，通过移动节点的位置来确定液面的热力学平衡态位置。揭示了两种基本模型在不同几何参数以及不同固液接触角等因素下，毛细力、总蒸发面积、薄膜区域等主要的吸液芯特性参数的变化规律。

设计了由两根交叉微米线构成的点接触测量装置，推导了接触热阻测量的实验原理，分析了微米线的表面形貌，实现了不同作用力下接触热阻和接触电阻的同时测量。结果表明：两微米线刚接触时，接触热阻和接触电阻均比相对位移大于5 μm时的结果大近一个数量级，且两者的比值满足Wiedemann-Franz定律；随着相对位移增大，绝缘层对导热的贡献增大，接触热阻减小，但接触电阻几乎不变；继续增加相对位移，得到的接触热阻和接触电阻几乎均与作用力无关，Lorenz数为（4~5）×10^-8 W·Ω·K^-2。

利用粒子成像测速（PIV）技术对圆管内置梯形翼片后方流场进行了测量，分析了翼片迎流（UFW）和顺流（DFW）两种放置方式对流场的扰动特性。结果表明，迎流翼片形成的涡沿周向延展范围较大，持续性好，涡偶内侧为向壁流；顺流翼片形成的涡沿径向延展范围较大，在较短距离内扰动较为明显，涡偶内侧为背壁流。两种流动结构都能有效提高壁面附近的速度分量，促进主流和壁面附近流体的质量交换。随着Reynolds数增大，纵向涡的稳定性减弱，在Re=3000时，翼片的扰流效果均较好。

采用Eulerian-Eulerian模型和Eulerian-Lagrange模型研究了TiO₂-水纳米流体在水平管内的湍流流动特性，并与实验结果进行对比分析，探讨了不同模型中各种相间作用力的影响。从微流动角度探索纳米流体的流动本质，从而进一步揭示其传热强化机理。结果表明：在壁面附近，纳米颗粒与水存在着明显的速度差异，相间的动量交换十分明显，从而强化了局部微流动，导致边界层变薄。纳米颗粒在整个流场内部是不均匀分布的，使得边界层内部换热能力得到大幅度增强。纳米流体流动特性的改变是影响其强化换热的主要因素。

研究了中空纤维膜管束液体除湿再生过程中的热湿耦合传递特性。选择了两根膜纤维管及其管内部溶液流和管间空气流作为研究对象，建立了控制流体流动与传热传质过程的偏微分方程，并采用有限容积离散方法和贴体坐标转换方法进行求解，获得了计算单元内的阻力系数、Nusselt数和Sherwood数，分析了耦合边界条件下的Nusselt数和Sherwood数与相应等壁温和等热流密度边界条件下的相应准则数之间的差异。这些研究结果可以为用于液体除湿再生过程的中空纤维膜管束构成的膜接触器的结构设计提供理论基础。

以边长为1 mm密闭二维腔中的液态水为研究对象，用数值计算的方法，通过在左侧边界施加阶跃温度或阶跃热流来产生热声效应。分析水中热声波的产生与传播特性，并研究右侧边界中点产生的热通量的强度。计算结果表明，在相同的热边界和几何边界条件下，液态水中热声效应引起的压力波幅值和热通量远大于空气；当加热阶跃温度不同时，水中产生的压力波幅值和热通量随温度升高而急剧增大；当阶跃热流加热时，压力波和热通量与阶跃温度加热时的有较大差异。

对蒸汽质量流率298~865 kg·m^-2·s^-1，水温20~70℃的蒸汽射流压力振荡特性进行了实验研究。发现压力振荡特殊主频与汽羽周期性鼓胀和收缩的频率一致。随着凝结形态由在凝结振荡区向稳定凝结区的转变，振荡频率随蒸汽质量流率的增加先增大后减小，振荡主频随冷却水温的升高而下降。振荡幅值的变化与频率变化相反。基于实验结果和分析，给出计算压力振荡量纲1方均根幅值的实验关联式，并在蒸汽质量流率370~865 kg·m^-2·s^-1，水温20~60℃的参数范围内与实验值对比，预测误差在±30%以内。

运动界面的追踪是两相流模拟中需要解决的主要问题之一。基于四叉树直角坐标网格实现了Level set界面追踪方法和网格的局部自适应控制。通过模拟3个给定速度场（平移流场、旋转流场、剪切流场）的运动界面追踪问题，证明了自适应四叉树直角坐标网格与Level set方法结合的优势。

提出了一种用边界元法求解一般变系数各向异性热传导问题时建立基本解的方法，并导出了求解一般二维和三维各向异性稳态热传导问题的纯边界积分方程。所建立的基本解考虑了热导率是空间坐标的函数，因此所导出的积分方程可用于求解非均质材料传热问题。由热源项引起的域积分，运用径向积分法将其转换成边界积分，形成不需要内部点的纯边界元算法。给出了二维和三维问题3个分析算例，并通过将边界元法结果与有限元法结果进行对比，证明了方法的正确性和有效性。

采用75组逆流湿化器实验数据，对基于改进效能定义式的直接接触换热器ε-NTU方程进行了验证，并分析了压力、水气比、进口水温、进口空气湿球温度等操作参数对热容量流比和效能的影响。结果表明，改进ε-NTU方程的最大计算相对误差为27.7%，可用于工程计算；热容量流比随操作参数的变化单调增减，而效能曲线在热容量流比等于1时存在最小值拐点；固定操作压力下，进口空气湿球温度、水气比、进口水温的变化对逆流湿化器效能的影响依次减小。

利用有限容积法对复杂几何结构异形腔体内具有密度极值的冷水自然对流传热进行了一系列数值模拟，获得了多种异形腔体内不同密度倒置参数和Rayleigh数下的流场和温度场、壁面局部和平均Nusselt数等的变化规律。结果表明：密度倒置参数对流场结构、壁面局部Nusselt数分布和平均Nusselt数影响较大；径深比较小时，流动较强，随着径深比的增大，流动减弱；相同条件下，改变外壁面几何结构，封闭腔体内温度场、流场及壁面传热特性都有不同程度的变化。

建立了氨水溶液竖直降膜层流和湍流的数学模型，推导出降膜溶液氨气吸收速率的理论公式。该公式指明可以通过提高氨水溶液喷淋密度和氨水溶液的氨气溶解度来提高氨气吸收速率。当2^#横纹管管外氨水溶液喷淋密度从615 kg·m^-1·h^-1增加到3191 kg·m^-1·h^-1，氨气吸收速率提高了220%。在冬季保持吸收段吸收压力为0.15 MPa，当氨水溶液平均温度从25℃提高到34℃，则氨气吸收速率下降了130%。在夏季维持吸收段吸收压力为0.25 MPa，当氨水溶液平均温度从35℃增加到50℃，氨气吸收速率相比下降了86%。影响横纹管降膜吸收性能的一个重要参数是凹槽尺寸的综合影响因子即e²/pd。以该影响因子和管外溶液降膜Reynolds数作为自变量，建立了管外氨水溶液Sherwood数的关联式。

对比去离子水和应用具有自润湿特性的正丁醇水溶液，进行Marangoni效应对微加热面汽泡行为影响的研究。通过高速摄像技术观测到了去离子水中的泡顶射液流和正丁醇溶液中的多射液流现象。相应的数值模拟表明，Marangoni效应引起过冷去离子水从过热表面向泡顶流动，而引起正丁醇溶液向相反方向流动，即过冷溶液流向过热表面。多射液流现象持续时间比去离子水的长，还可引起泡底微液层的瞬时紊乱现象。多射液流现象发生时，汽泡附近的温度梯度较大，而速度梯度则接近垂直于加热表面。正丁醇溶液的模拟结果与实验观测一致，表明表面张力及所引起的Marangoni效应对分析不同流体的过冷核态沸腾机理至关重要。

针对波节套管换热器壳程中的流动和传热机理进行了k-ε的数值模拟研究。采用六面体网格结合波节区域加密的特殊划分方法，进行了首层网格间距和主流区网格间距的无关性分析。数值模拟结果与经验公式进行对比，验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了波节管和光管中流动和传热参数（速度、温度、湍动能和湍流耗散率）的性能差异，揭示了波节管的强化换热机理。同时，分析了波节管的局部Nusselt数和阻力降沿壁面的变化规律。结果表明流体在波节的去流侧形成了一个脱体旋涡，破坏了流体的速度边界层和温度边界层，同时使得其内部的摩擦阻力和热扩散能力明显提高，起到了明显的强化换热效应。

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布，在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响；在层流状态下，流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。

稠油热采过程中，热流体由隔热油管组成的管柱注入油层。隔热油管是减少热流体在注入过程中散热损失并保护套管的关键部件，目前国内外学者对隔热油管热损失的研究，多集中在理论分析和数值计算研究方面。隔热油管由内管、隔热层和外管组成，其绝热效果取决于隔热层的视热导率。通过设计和研制的隔热油管地面模拟实验装置，测定了隔热油管的表面温度与热流分布；根据实测数据分别计算了较新隔热油管与较旧隔热油管的视热导率。实验分析发现，接箍与隔热油管外壁之间存在热桥，受影响的隔热油管长度约为0.5 m；接箍处的热通量高于正常隔热油管的3倍以上；较旧隔热油管视热流、表面温度和视热导率明显高于较新隔热油管，隔热性能下降。根据目前隔热油管的生产工艺和结构特点等提出了改进隔热性能的几点建议。

对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流现象进行了数值模拟研究。发热圆位于方腔中心，流体从方腔左侧底部流进，右侧顶部流出。首先，分析了在不同Richardson数Ri下方腔内的流动特性，发现Ri=0.001时方腔内部流动出现了振荡现象，而Ri=1.0时流动处于稳定状态。其次，研究了流动处于稳定状态时，Lewis数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响，得出平均Nusselt数Nu_av和平均Sherwood数Sh_av随着Le及Br的变化规律，可为空间内部污染物处理、热舒适性研究以及烟气控制等提供理论参考。

对纯工质R134a以及R134a/R125在三种不同组成比例下的混合工质，在光管和相同肋密度的二维及三维强化管外进行凝结换热试验研究。结果表明：R134a在光管外凝结表面传热系数与Nusselt数理论值的相对偏差均在±10%以内，R134a在光管及强化管外凝结表面传热系数变化趋势与Nusselt数理论解相一致。与纯R134a相比，含R125的混合工质管外凝结表面传热系数均所有下降；对于光管，含R125的混合工质管外凝结表面传热系数随壁面温差的增大而下降，但对于强化管，含6%及以上的R125混合工质，其凝结表面传热系数随壁面温差的增大而增大，有接近纯R134a凝结表面传热系数的趋势，表明混合工质凝结换热热阻分布与纯工质有较大差异。相同组分的工质，三维强化管凝结表面传热系数均高于二维强化管，二维强化管亦明显高于光管，在壁面温差为8 K时，强化管HT-3D、HT-2D相对于光管的传热强化倍率分别为9.83和7.85。

蒸汽压缩热泵在高温环境和大功率航天器热控系统中具有很好的应用前景。航天蒸汽压缩热泵运行在微重力环境中，蒸汽压缩热泵的微重力适应性是航天蒸汽压缩热泵研发的关键技术。蒸发器是蒸汽压缩热泵的关键部件，为了探究蒸发器的重力无关条件，进行了蒸汽压缩热泵蒸发器的重力无关性计算，获得了不同蒸发温度、不同流速下蒸发器的重力无关临界流速和临界直径。结果表明，蒸发器处于重力无关区的最小临界流速在1.45～1.5 m·s^-1。最大临界直径随制冷量的增加而增加，制冷量从50 W变为300 W，临界直径由0.42 mm变为1.02 mm。

以锅炉-蓄热器系统为研究对象，采用集总参数法建立了相应的数学模型，并通过仿真与实验相结合的方式，对两种不同充放汽条件下的系统动态特性进行了研究分析。结果表明所建模型能够正确地反映出系统的动态特性，可为系统的设计优化与安全运行提供一定的参考。进一步分析可知，连续充放汽过程蓄热器从压力下限充到上限每次需要57 s，而间断充放汽过程则需要67 s，时间明显变长；同时对于某些需要周期性间断或瞬间大负荷用汽量的场合，在消除供汽锅炉负荷的较大波动、稳定供汽压力、提高锅炉效率等方面，连续充放汽的效果更为显著。

通过流动管反应器对碳氢燃料RP-3在超临界条件下的热裂解及引发裂解进行了实验，对两种条件下的燃料吸热能力及传热特性进行了对比分析，并对裂解产物进行了采样分析。结果表明，引发裂解降低了燃料的裂解起始温度，在一定温度区间内提高了燃料的裂解率，从而有效提高了燃料热沉，在相同热通量条件下，降低了燃料温度，并降低了加热段壁面温度。对流换热受化学反应及物性变化的影响，燃料裂解吸热可增强换热，而大量气态产物的生成会降低换热，因此，裂解反应的增强不一定增强换热。

该实验以R141b作为工质，采用圆柱形电极，在不同运行压力条件下，实验研究了电场强度对微槽道结构换热表面蒸发/沸腾传热特性的影响。实验结果表明：随着电场强度的增加，传热强化效果越明显；运行压力对强化换热的效果具有重要的影响，在施加相同电场强度的条件下，不同运行压力的强化传热效果明显不同，传热系数最大可强化为未施加电场条件下传热系数的1.28倍。

螺旋管是一种高效换热管型，在卧式螺旋管内流动时受到重力和离心力的作用，工质流动方向时刻改变，产生二次回流，从而表现出了不同于其他管型的流动与传热特性。以卧式螺旋管为研究对象，选取底部截面、上升段截面、顶部截面三个具有代表性的位置截面，采用逐渐增大热通量法研究了其在单相对流和过冷沸腾条件下壁温的分布特性。为螺旋管换热器的设计与应用提供了参考依据。

对比研究了无石蜡、纯石蜡以及石墨/石蜡复合材料三种不同填充状态的散热器在电子元件热管理中的性能，通过实验测量了功率变化时电子元件基板表面温度及散热器表面温度场的变化情况。研究结果表明添加石蜡、石墨/石蜡复合材料能缩短电子器件启动后温度场稳定的时间，温度变化速率有所下降；当功率突然增大时，填充石蜡、石墨/石蜡复合材料的散热器与芯片结合处温度升高值较小、变化较为平缓，可有效抑制热冲击对电子元件的影响。在散热过程中，填充了石蜡、石墨/石蜡的散热器表面温度变化更为平滑，有利于延长散热器的使用寿命。

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律，采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置，通过加热、内循环及冷却等实验，得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据，并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明：加热时，加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程，熔融盐基本不出现温度分层现象。

纯气凝胶对近红外波长几乎透明，遮光剂的加入可以显著抑制气凝胶的高温辐射性能。采用Mie散射理论计算出掺杂不同种类、粒径遮光剂时复合气凝胶的平均消光系数，从而比较它们的遮光效果。采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk TPS2500S导热仪测量了不同温度下复合气凝胶的热导率，获得了遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响规律，并与理论分析结果进行了对比。理论计算获得的不同温度下复合气凝胶的热导率与实验值符合良好，表明：在研究的范围内，掺杂的最佳遮光剂粒径在3.5 μm左右；SiC的遮光效果比TiO₂、ZrO₂好；存在一个最佳的遮光剂体积含量（3.75%左右）使得复合气凝胶的整体隔热性能最好；所建立的理论模型可用来预测掺杂遮光剂的影响规律。

排烟热损失约占锅炉全部热损失的一半以上，回收烟气余热有助于节能减排。针对烟气余热回收中的腐蚀问题，基于导热塑料设计了耐腐蚀的翅片管换热器。结合1000 WM火力发电机组烟气余热回收的运行参数，运用经验证的模型计算了换热器的换热面积和外形体积，简要分析了塑料热导率和凝结水流程对这些设计参数的影响，所得到的结果有望为烟气余热回收的工程应用提供参考。

针对自然界中实际多孔介质具有的分形特性和随机性，利用中点替代算法和二值化处理构造统计上具有分形特性的随机多孔介质。分析了所构造的多孔介质盒维数与Hurst指数之间的关系。基于随机分形构造的原理，对二维实际多孔介质图像进行了重构。利用两点相关函数，分析了重构图像的结构相关性， 并与实际目标多孔介质的结构特征进行比较。在与解析解对比验证的基础上，将基于二元混合理论的格子Boltzmann模型（LBM）用于模拟多孔介质内流体扩散过程。通过计算不同分形特性的二维多孔介质的有效扩散系数，研究了重构多孔介质的分形维数与有效扩散系数的关系。利用热耦合LBM模型计算多孔介质内传热过程，分析了不同的分形特性对多孔介质蓄热过程的影响。

采用有限元法研究飞行高度为15 km不同马赫数下CVD ZnS的温度场和应力场分布情况。随后，根据窗口的温度场分布，仿真得到窗口干扰辐射强度的分布，从而对窗口的气动热辐射效应进行评估。模拟结果表明，温度在初始阶段急剧升高，随后达到稳定，同时，应力响应在极短的时间内达到最大值，随后降低。可见，窗口的成像质量随马赫数的增加急剧降低，红外窗口的热辐射是制约红外成像质量的重要因素。

针对泡沫液在多孔介质内的流动特点，对泡沫薄膜液在直管内的流变学特性进行了实验研究。按单相幂律流体假设，获得二氧化碳及氮气泡沫薄膜液的表观黏度数据。结果表明：泡沫薄膜液具有较大表观黏度并呈现剪切变稀的非牛顿流体特性。由于水溶性影响，二氧化碳泡沫液的表观黏度要小于氮气泡沫液。利用量纲分析法确定量纲1参数，对泡沫薄膜液的流变学特性进行了量纲1分析并给出基于两相流动分析的阻力模型。

黏弹性流体基纳米流体（viscoelastic fluid based nanofluid，VFBN）是一种具有湍流减阻和对流换热相对强化特性的新型换热工质，其湍流减阻机理与流变学特性关系密切。通过对以2.5×10^-3、5×10^-3、1×10^-2三种质量分数的十六烷基三甲基氯化铵/水杨酸钠水溶液为基液，粒子体积分数为0.1%、0.25%、0.5%、1.0%的铜纳米流体的剪切黏度、零剪切黏度以及松弛时间的测量，实验结果表明VFBN有明显的剪切稀变特性，同时纳米粒子的添加增大了基液的零剪切黏度，并导致基液黏弹性增强。以Giesekus本构模型为理论基础，利用实验参数得到了描述VFBN剪切黏度的实验关联式。

通过实验测量，对石墨悬浮液进行热导率和黏度系数的研究。采用不同的超声时间，从而获得不同大小颗粒的石墨悬浮液。在不同的超声时间下得到了石墨悬浮液的热导率随体积分数的变化规律，并对其热流逾渗现象进行了分析。同时，对于室温下的石墨悬浮液进行了黏度系数的测量，可以得到石墨悬浮液的逾渗点的导热性质和黏度性质的对比，从而得到了两者是截然相反的结论。

以Zeng等提出的纳米孔隙内气体分子平均自由程模型为基础，考虑材料的微观结构特点，结合纳米小球堆积构成的杆状立方阵列结构，对纳米孔隙空间内的气体分子平均自由程的影响因素、影响机理及变化规律进行了分析。研究结果表明纳米孔材料的微观结构特征与材料的密度和比表面积直接相关，纳米孔隙空间内的气体分子平均自由程随着比表面积和密度的增加而降低，具有相对高的比表面积和密度更有利于进一步限制纳米孔中的气相导热。p=10⁴ Pa和p=4×10⁵ Pa 是两个拐点压力，当p<10⁴ Pa时，气体分子平均自由程就不再随着压力的降低而发生变化，当p>4×10⁵ Pa时，纳米孔隙对气体分子自由运动的限制作用就可忽略。随着温度的升高，纳米孔隙空间中的气体分子平均自由程在升高，但升高幅度逐渐降低。

基于Dymola软件平台，建立了以碳化硅泡沫陶瓷为吸热体的塔式太阳能热发电用空气吸热器一维动态仿真模型。模型结合了Rosseland辐射传递方程，并考虑了空气物性随温度及压强的变化。使用Modelica语言编写程序，并由该语言对代数微分方程自动求解。通过分析仿真结果，剖析空气吸热器工作过程的传热特性，得出投入辐射能热通量、吸热体厚度、平均孔径等参数对空气、吸热体温度及系统达到稳定所需时间的影响，为该类空气吸热器的设计提供了理论依据。

针对文丘里管这类具有完全对称结构的缩扩管道，分别对二维通道和三维管内流动建立了不可压缩非稳态数学模型，采用数值模拟的方法，研究了流动分岔现象，重点探讨了在这种对称结构下出现的非对称流动。数值模拟结果表明，当Reynolds数超过某临界值，对称结构的文丘里管内流场都出现了非对称现象，在扩展角部产生不规则的回流区。其流动主要受Reynolds数和管道几何形状的影响，并具体说明了流动不对称特性随这两者的变化规律。

建立了螺旋管内流动换热的物理数学模型，对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流传热进行了数值模拟。结果表明：当对螺旋管表面施加相同的加热功率时，均匀热流边界条件下湍流传热系数高于非均匀热流边界条件下的湍流传热系数，且均匀热流边界条件下螺旋管内的场协同角低于非均匀热流边界条件；非均匀热流边界条件时，在相同的De下，曲率较小的螺旋管传热系数大，且曲率较小的螺旋管内场协同角较小；同时，随着管径的增大，螺旋管内的传热系数也随之下降，但螺旋管内的场协同角随之增大。

采用数值模拟的方法对带相差的多喷嘴射流冲击传热进行数值模拟，分别得到不同相差和不同射流频率条件下的冲击传热效果。结果显示，在不同的射流喷射模式下，按相差顺序增加方式（B型）喷出的射流传热效果最好，两喷嘴间的相差为0°～180°之间时，传热板的传热效果随着相差角度的增加，传热效果得到增强，且在相差为120°时，整个传热板传热效果最均匀；在频率为0～10Hz时，频率越大，整个传热板传热越均匀，但频率的影响小于相差及喷射模式的影响。

利用气体膨胀制冷可获得较大的温降，具有广泛应用于工业节能领域的潜力，研究和开发小型逆布雷顿循环制冷系统对我国的节能减排事业具有重要意义。提出了一种逆布雷顿循环制冷系统的典型流程，建立了热力学模型，分析了是否加回热器、膨胀机绝热效率对系统性能的影响。这些工作为研发这种小型系统提供了理论依据。

主要完善并利用新近提出的激光拉曼测试方法，在333.15 K环境温度下测量了单根碳纤维的热导率（不考虑接触热阻），并与直流通电法测量结果进行比较，两者符合较好，验证了新提出的激光拉曼测量方法的可行性。同时激光拉曼方法还测量得到了接触热阻、碳纤维的激光吸收率及与空气的对流传热系数，并处理得到考虑接触热阻后修正的碳纤维真实热导率。

以耗散数为目标函数，应用数值计算的方法分析了换热介质流道排列方式对板式换热器性能的影响。通过分析3～6个流道所包含的26种排列方式情况下的换热器耗散数及板间流动阻力损失变化，认为在相同的工况下，随着流道数量的增加，换热器总的压力损失呈阶梯降低的趋势；相同流道数情况下，冷热介质流道的排列形式对换热器耗散数影响较大；而相同的流道数量所对应的最小耗散数随流道数量的增加而降低，对多介质换热器性能的研究提供了一定的借鉴。

带有气-液回热器的空调制冷系统已经被广泛使用，对相同几何尺寸的传统管壳式汽车空调回热器和新型连续螺旋折流板式回热器进行对比性的数值模拟研究。结果表明：以制冷剂R404A为工质，在相同质量流量下，回热器整体换热量提高32.2%，总传热系数提高41.7%；壳侧为制冷剂液体，壳侧平均传热系数提高3.5倍，同时壳侧压损也提高11倍；管侧为制冷剂气体，管侧平均传热系数和压损几乎不变。换热器整体回热效率从0.21提高到0.29，提高了38.1%。

利用实验方法探讨旋转圆柱体受狭槽式空气喷流的换热特性，圆柱体的高度与直径为定值，变动参数为（1）喷流Reynolds数（Re_j）、（2）旋转Reynolds数（Re_r）、（3）圆柱体直径（D）与喷嘴宽度（w）的比例（D/w）、（4）相对喷流冲击距离 （L/w，L为喷嘴距圆柱体的最近距离）等。实验结果显示平均Nusselt数（Nu）随Re_j与Re_r增大而提升，而D/w增加会使Nu减小，且D/w对Nu的影响将随L/w增大而衰退，且存在一临界L/w值能产生最高的Nu，且临界L/w值将随D/w增大而增大，最后，提出合理而准确的经验公式。

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析，考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热，获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸，冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响，结果表明：热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长，高温辐射换热极大加快了冷却速率；颗粒直径增加，相界面移动速度降低，凝固时间增加；冷却流体速度增加，温度降低，相界面移动速度增加，凝固时间缩短。

对阿尔法磁谱仪（AMS-02）低温冷却器环路热管的启动特性进行了数值模拟研究。结果表明热负荷高利于环路热管的启动。某些结构或者装配的差别产生的接触热阻造成两侧并联的环路热管热量分配不均，从而低负荷时导致一侧环路热管无法启动。主副毛细芯的结构有利于建立热管启动的过热度。

太阳能热电发电系统的热端热通量过高会导致热应力过高，从而引起翘曲，危及系统的使用寿命。基于此，建立了高热通量下热电发电模块的热结构耦合数学模型，分析聚热层厚度、电偶臂间距、铜片厚度等对热电模块最大热应力的影响。数值模拟结果表明：减小聚热层厚度、减小电偶臂间距以及减小铜片厚度都能有效减小热应力。

为了提高管内层流换热性能，开发了三种不同的交替轴扭带作为强化换热的扰流元件。通过数值模拟对内置这些扰流元件的管内换热与流动特性进行了研究，结果表明：（1）对于交替轴窄边扭带，在较低Reynolds数下Nusselt数随错位角的增大而增大；而Re较高时，错位角的影响较小。阻力系数f随错位角的变化不大，90°对应的综合性能指标PEC最高。（2）对于交替轴中空扭带，Nu在60°时达到最大值，f随错位角的增加而有较明显的增加，PEC在60°时最好。（3）对于交替轴窄边中空扭带，Re较低时，Nu随错位角增大而增加；而Re较高时，错位角的影响较小。f的最大值出现在错位角为60°时，但错位角的影响并不明显，而且比交替轴窄边扭带的f降低很多。90°错位角对应的PEC最好。（4）总体来看，采用交替轴窄边中空扭带能全面获得优良的热-水力学综合性能。

建立了内径为1.31 mm单管的三维模型，使用CFD软件Fluent分析了超临界二氧化碳在竖直微细管道内的换热特性，并对热通量、进口质量流速、流动方向和压力对超临界二氧化碳换热和压降的影响进行了研究。数值结果表明：增加进口质量流量能够使壁面边界层减薄，增强换热效果。改变热通量的大小对超临界二氧化碳换热和压降影响很小。由于重力和浮升力的影响，流动方向对换热性能的影响较大，流体竖直向上流动时的传热系数大于竖直向下和水平方向流动时的传热系数。

以石蜡为相变储能材料，石膏为基础材料，制备不同配比的石膏基-石蜡相变储能构件并利用现有热工测试方法进行了热工性能测试。将测试数据代入经验证过的相变模型模拟了北京地区被动式建筑中相变构件的应用效果，并对结果进行了优化处理。结果表明：随着石蜡含量的增大，相变构件的热导率随之减小；制备的四种配比中PCM质量分数为33%的相变构件在北京地区被动式建筑中应用效果最好，在过渡季中较传统建筑可节能10%；增大构件的热导率与提高墙体表面对流传热系数均可提高室内舒适度与节能效果，且对流传热系数的影响程度更大。

在线性非平衡区域，对熵产率方程进行了相位拓展，建立了流动换热熵流变化与体系总熵产之间的关系。结果表明，熵产越小时熵流越大，则换热强度越大。当传热与传质均为自发过程，质量流与热流之间同相位时，两者的相位差越小，流动换热的强度越大，它反映了两个正熵产率过程间能量传递的场协同机制；当传热与传质分别为非自发及自发过程，质量流与热流之间反相位时，两者的相位差越大，流动换热的强度越大，它反映了正熵产率过程与负熵产率过程间能量转换的热力学耦合机制。质量流与热流之间由同相位到反相位，分别对应着场协同时的能量传递机制及热力学耦合时的能量转换机制，共同反映了体系流动换热时能量传递转换的最小熵产原理。

利用VOF方法结合凝固和熔化模型对熔渣颗粒在空气流中的冷却相变过程进行了三维数值模拟，讨论了熔渣颗粒直径和空气速度对冷却凝固过程演变的影响。结果表明：空冷方法能够实现熔渣颗粒表面的快速凝固成型，但同时也造成了颗粒内部的非均匀凝固。熔渣直径越小，完全凝固时间越短；空气流速越大时， 其表面换热越强， 完全冷却时间越短。颗粒初温为1673.15 K、直径为0.5~2 mm，风速为1~5 m·s^-1条件下熔渣颗粒在2 s内释放出全部凝固热，后续空气最高温度能达到900 K以上。

根据船用蒸汽蓄热器的特点，建立了考虑蒸发（冷凝）相变弛豫时间的船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型，并利用实验结果验证了模型的准确性，在此基础上利用仿真模型研究了关键参数对于连续充、放汽过程动态特性的影响。船用蒸汽蓄热器的充水系数决定蓄热器的蓄热能力，同时制约着系统的机动性，而充、放汽压力在影响蒸汽能量的储存与转化效率的同时，对于能否优化蓄热器的容积起到关键作用，因此应充分考虑弹射系统对弹射周期、弹射蒸汽压力、弹射所需蒸汽量等参数的要求匹配好两者的关系，使其既能满足弹射效率又能达到舰载机起飞所需的蒸汽参数。

基于均匀各向同性多孔介质、达西渗流和理想气体假设，考虑Klinkenberg效应建立了针对具有纳米尺度孔径的低渗透率多孔介质中的渗流模型。针对致密球形破碎样品的压力脉冲实验，建立了相应的边界条件，同时利用有限差分方法获得其实验腔的压力变化曲线的数值解。通过对渗流方程进行量纲1化，引入了与孔隙率、渗透率和滑移参数有关的量纲1参数Z、Z^*和b_K。通过改变参数Z、Z^*和b_K研究了样品边界处压力的变化规律，给出了一种数据处理方法，对于致密球形破碎多孔介质的压力脉冲实验，通过对实验测量的样品边界处压力曲线的分析，结合偏微分方程正问题的数值解，可以确定样品的孔隙率、渗透率和滑移参数，从而更为简便地分析压力脉冲衰减曲线实验数据，得到致密多孔介质样品渗透率。

以核电站蒸汽发生器为研究对象，采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热，利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟，在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷，在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递，计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明：支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小，并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大；换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差，整体平均压力应力约为58 MPa，与实际测量参数相符。

建立多层复合隔热结构辐射-导热与相变换热模型， 采用Monte Corlo方法模拟复合隔热结构内半透明介质的热辐射传递，有限体积法求解能量方程。分析比较了纤维隔热毡-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-相变隔热材料-金属膜复合结构等三类典型复合隔热结构的瞬态换热特性，研究表明不同的复合隔热结构组成其热特性差异显著，为复合隔热结构的设计、优化提供了指导思路。

相分布和速度场是浸没式MBR的流体力学特征的核心，这些特征能够通过CFD的多相流模型和湍流模型低成本、高精度地分析。因此，针对浸没式MBR优化结构、缓解膜污染和降低能耗的需求，以MBR流场的快速准确模拟为目标，以国内外3家主要商用浸没式平板MBR为对象，比较了不同多相流、湍流模型对浸没式平板MBR流场、相分布和计算成本的影响，并进行了模拟验证。结果表明，3家国内外浸没式平板MBR的空间构型多根据厂家推荐值设计，其长宽比为1.37±0.63，高径比为0.97±0.23。商用平板MBR的模拟与验证结果表明：①多相流模型对相分布、流场和速度分布的影响比湍流模型更显著，且VOF模型与standard k-ε的模型组合可更为快速准确地模拟浸没式平板MBR的流场特征；②多相流模型选择是计算成本至关重要的影响因素。6核计算时，VOF模型的CPU 时间为mixture模型的5.5~3.2倍，realizable k-ε的CPU 时间为standard k-ε的1.0~1.1倍。

换热网络综合优化是过程系统中最广泛研究的方向。尽管如此，MINLP的复杂性给粒子群算法的应用提供了广泛的空间。首先，提出两种不同机理的局部搜索策略来完善粒子群算法作为启发式算法局部搜索能力不强和精度不高的问题，使算法能更有利地接近全局最优的局部极值。其次，对含固定投资费用的算例，采用费用计算替换公式的策略，来避免迭代计算初期面积较小时因为固定投资费用权重较大而使算法陷入局部最优问题。最后用4个四股流算例分别从不同侧面说明以上两种策略的有效性，并都得到了该算例目前为止最好的局部极值。

通过调整Ni-W-P化学镀镀液中钨酸钠浓度，获得了钨元素含量不同的三元Ni-W-P镀层。进一步的实验研究表明，随着三元Ni-W-P镀层中钨元素含量的增加，其热稳定性得到显著改善，同时，镀层晶粒转变的激活能值呈增大趋势。三元Ni-W-P镀层的抗垢性随着镀层中钨元素含量的增加而降低，而与镀层表面自由能以及表面粗糙度没有必然的联系。

以吡咯、p-甲氧基苯甲醛为原料，丙酸为溶剂，130℃ 条件下制得四（p-甲氧苯基）卟啉（TMOPP）；然后在100℃ 微波辐射条件下，以TMOPP和乙酸铜为原料，DMF为溶剂，制得目标化合物四（p-甲氧苯基）卟啉铜（Ⅱ）配合物 （CuTMOPP）。采用电喷雾质谱、紫外光谱和红外光谱等分析方法对所合成的目标化合物进行了表征，目标化合物的理论值和实验值基本一致。进一步采用紫外光谱、CD光谱、FRET熔点实验、PCR-Stop实验考察了目标化合物与c-myc G4 DNA的相互作用，结果表明目标化合物可能与c-myc G4 DNA以静电方式结合，从而抑制其复制，进一步对其生物功能的影响还在研究中。

研究了低导电性油品及低温液氢流体带静电后存储于圆柱形储罐内时形成电位的原理和分布规律。利用贝塞尔函数求解静电场泊松方程和拉普拉斯方程，得到了储罐内液体和气体部分电位值分布的表达式，绘制了电位分布曲线。分析了储罐结构参数、流体性质以及电荷密度等作用参数对于电位大小的影响，并得到电位值随这些参数的变化规律。

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示，自身重力有利于液滴脱离气体扩散层，使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时，液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致，电池性能最佳；电池竖直放置时，液滴重力与气体将其吹扫出电池方向一致，其向外排水能力最强。反应气体流速较低时，电池在不同放置方式下，提高其温度，电池性能上升；电池竖直放置时，气体加湿对电池性能影响不大。电池测试时，应该避免电池阴极水平向上。

传质问题制约着燃料电池性能的提高。通过理论分析、Fluent模拟，针对质子交换膜燃料电池流道中加凸台和电极扩散层开孔两种方法，分别研究其对强化电池内部传质的效果。结果表明，上述两种方式均能有效强化电池内部传质，提高电池性能。但是加凸台增加了风机的寄生功率，综合性能提升不显著。

高功率激光辐照材料所造成的毁伤主要包括热破坏、力学破坏以及辐射破坏3个方面，直接表征烧蚀特性的参数是激光对材料造成的热力效应。根据机载激光武器系统ABL的性能指标与毁伤模式，构建ABL仿真系统设计框架与算法流程，建立相应的数学物理模型，采用离散化方法求解热传导方程，得到表征激光毁伤能力的关键参数。模拟了不同工况下材料的毁伤发生概率，并分析影响毁伤概率的因素。

以羽毛角蛋白粉（FK）、甘油和γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）为原料，采用浇铸法制备了原位交联的羽毛角蛋白杂化膜。借助FITR、TG、SEM和接触角测试仪等手段对羽毛角蛋白杂化膜的结构和性能进行了分析和表征，同时考察了KH560用量对其力学性能、热稳定性、疏水性的影响。结果表明：在碱性加热条件下，KH560上的环氧基与羽毛角蛋白上的氨基发生了加成反应以及KH560上Si-O-CH₃水解成Si-OH，然后缩合形成Si-O-Si网络结构，从而增强了羽毛角蛋白之间的相互作用力，有效地改善了羽毛角蛋白膜的力学性能、热稳定性和疏水性。

在现代工业生产过程中，可燃气体的爆炸事故频繁发生，造成大量的人员伤亡和严重的财产损失，因此对于管道内可燃气体燃烧爆炸的抑制研究已逐渐成为安全技术领域的一项重要课题。阻火器是一种用来阻止易燃气体和易燃液体蒸气火焰蔓延的安全装置，近年来已被广泛应用在石油化工、天然气等工业领域。阻火器通常安装在装置的进出口或者管道上，其中的核心部件阻火单元允许介质流通，阻灭火焰。随着现代社会的发展，人们对于安全问题越来越重视，因此，对于阻火器的性能测试就显得必不可少。由于阻火器的相关检测技术在我国开展得较晚，相对国外标准而言，国内标准不仅技术滞后、更新周期长而且体系不完善不配套。因此本文对阻火器性能测试方法进行了研究，以提高我国在这一领域的检测水平，推动国内对阻火器性能完整检测现有技术的完善，同时对保障安全生产和人民的生命安全也具有重要的现实意义。

研制了基于800~1000 mm长工业规格不锈钢或陶瓷管状支撑体的晶种涂敷设备。采用先喷涂后摩擦工艺，结合自动化控制技术，实现了分子筛膜大规模制备中晶种的快速涂敷。详细介绍了涂敷机工作原理和主要结构，分析研究了影响设备涂敷性能的主要因素。对不锈钢支撑体进行晶种涂敷制备NaA透水膜实验，在温度为75℃、原料液中乙醇质量分数为90%的条件下，膜渗透通量为4.2~5.8 kg·m^-2·h^-1；渗透液中水质量分数为99.2%~99.8%；生产率为30根/小时，成品率大于98%。