采用基于碰撞-黏附-冻结假设的随机弹道沉积方法，研究了椭球颗粒的几何形状（长径比变化范围为0.003~60）对黏附疏松堆积结构的影响。统计结果表明，球形颗粒的堆积密度最大，为0.1469。随着颗粒形状偏离球形，堆积密度迅速降低。当长径比小于0.1或大于10时，堆积密度与长径比之间分别近似服从1和-2的幂律关系。局部配位数与颗粒形状无关，不仅服从高斯分布，而且统计平均值均为2.001，表明对于短程接触相互作用控制的非球形颗粒堆积系统，形成力学稳定结构的最小配位数仍为2。径向分布函数表明，扁平形椭球的局部堆积结构由短轴-长轴和长轴-长轴接触主导，长条形椭球的局部堆积结构由短轴-短轴和短轴-长轴接触主导。最后，类比经典球形颗粒的填充理论，构建了堆积密度与长径比之间的预测关联式。

为探究超临界水注采中稠油原位转化的反应机制，通过反应釜实验探究了380~420℃时稠油在超临界水中改质产物的变化规律。结果表明，改质后减压渣油显著减少，各轻质组分含量增加；提高反应温度及延长反应时间能深化改质效果，但也使结焦加剧。基于实验结果，建立了6集总反应动力学模型，发现反应温度对反应平衡方向具有显著影响，380℃时轻质组分以及气体主要由减压渣油裂解产生，在更高温度下，减压瓦斯油与常压瓦斯油趋于向更轻质组分转化。结合动力学模型，通过油藏数值模拟研究了超临界水驱油的实际开采效果，结果表明在400℃以上时超临界水驱油效率较高，升温能提高采出油中轻质组分含量，但受流体传热传质影响，原位改质效果有一定限制。

在深海油气与“可燃冰”开发中，水合物浆液体系中的颗粒沉积与聚集体堵塞是流动保障的核心难题。基于CFD-DEM方法应用Fluent-EDEM软件耦合，针对水基体系水合物浆液的流动聚集与沉积过程开展数值模拟，研究不同浆液流速及体积分数的水合物颗粒流动聚集与沉积过程，比较并分析了有无颗粒条件下管道内压力变化情况。模拟结果表明，0.5 m/s时颗粒在管道内壁会形成静止沉积层，且轴向与径向聚集显著；当流速增大到1.5 m/s时，随着剪切力增强，聚集体会破碎，水合物颗粒以单颗粒或小聚集体均匀分散；当水合物体积分数从5%增至15%时，颗粒聚集程度会加剧，压降呈非线性递增，弯管中段会因沉积层发育形成压降峰值。基于模拟结果，提出弯管结构对水合物沉积的影响机理，即在低流速情况下，流体与颗粒之间相互耦合，在流场突变处的水合物聚集体发生破碎后，部分将附着在管壁沉积层上，形成黏附、破碎与再沉积的耦合堵塞机制。

质子交换膜燃料电池流道内的两相流是影响其性能的关键因素，但考虑气液界面演化等详细两相流特性的多物理场耦合研究仍然不足。通过构建耦合流体体积模型的燃料电池模型，定量解析了气体扩散层（gas diffusion layer，GDL）表面润湿性对燃料电池传质及性能的影响。结果表明，忽略流道内详细两相流会高估燃料电池性能及物理量分布均匀性，而随着GDL表面疏水性的增强，GDL表面的液态水覆盖面积下降，在前期有利于增强氧气输运及燃料电池性能，但也会导致排水变慢，在后期导致燃料电池性能恢复较慢。在本研究中，GDL表面接触角为160°时燃料电池性能最佳，而接触角为110°时性能最低。本研究为理解燃料电池流道内两相流影响机制、设计高性能燃料电池提供了理论及模型支撑。

相变微胶囊在液体介质中的分散稳定性是潜热型功能流体服役性能的关键影响因素。通过添加分散剂可强化潜热型功能流体的稳定性，但分散剂本征特性和服役环境等因素对其稳定性的影响规律和调控机理尚不清晰。因此，构建了潜热型功能流体的粗粒化分子动力学模型，研究了非离子型、阴离子型和阳离子型分散剂的微观结构、组分及温度对潜热型功能流体稳定性的影响规律。结果表明，添加分散剂可改善功能流体中胶囊的团聚现象，但分散剂类型和温度对稳定性的影响存在显著差异；分散剂对潜热型功能流体分散稳定的促进作用由大到小依次为：非离子型聚乙烯醇（PVA）、阴离子型十二烷基硫酸钠（SDS）、阳离子型十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。

为研究超临界水转化页岩的产气动力学机理，在间歇式高温高压反应器内进行了实验，反应温度450~550℃，反应时间为0~480 min。实验结果表明，中间体产物成分复杂，以邻苯二甲酸二丁酯和萘的衍生物为主。产生的气体主要是CH₄、C₂H₆、C₃H₈、H₂和CO₂。总气体生成量随着温度的升高和反应时间的延长而增加。采用基于Peng-Robinson（PR）方程的简单迭代法计算混合气体的物质的量。基于实验结果与集总参数法，建立了页岩-中间体-气体的反应动力学模型。该模型可以较好地解释超临界水氛围中页岩因化学反应而产生的油气变化，并可以定量描述气体之间的相互转化。该模型的计算值和实验值的决定系数大于0.98，表明在实验温度范围内，能在可接受的偏差内拟合不同反应时间的气体浓度。本研究对超临界水转化页岩的产气机理有了更深入的认识。

合成了一系列具有不同Mn/Ce掺杂比例的Cu基整体式催化剂，并使用其进行了稀薄甲烷催化燃烧活性测试。其中，4Cu-3Mn-1Ce催化剂展现出最佳的甲烷催化活性，在550℃下转化率达85.0%，并且在600℃下实现了完全转化。利用包括原位红外光谱（in situ FTIR）在内的一系列表征分析与密度泛函理论（DFT）模拟计算探究了Mn/Ce掺杂对Cu基整体式催化剂理化性质的作用机制，Mn/Ce掺杂强化Cu基整体式催化剂稀薄甲烷催化燃烧活性可以归因为：Ce掺杂构建Ce-Cu固溶体，弱化Cu—O键合，促进高温下晶格氧的扩散，从而强化高温催化活性；Mn掺杂促进催化剂对O₂的吸附，强化低温下甲烷的催化活性；Mn/Ce共掺杂强化O₂活化并解离为*O，*O填补进入氧空位再生为晶格氧，共掺杂强化了氧物种循环，从而显著提高稀薄甲烷催化燃烧活性。

水合物储氢具有环境友好、经济性高的优点，在储能领域具有广阔的应用前景。水合物合成前期易形成气体分子的过饱和状态，进而诱导生成纳米气泡，这会对水合物储氢效率产生影响。因此，本文以纳米气泡为研究对象，采用分子动力学数值模拟方法，围绕甲烷与氢气混合气体合成储氢水合物阶段，分析纳米气泡的演化规律，探究纳米气泡演化过程对气体分子扩散、水分子有序度和气体相互作用的影响。结果表明，纳米气泡的生成经历膨胀期与稳定期，可有效促进气体分子扩散。但纳米气泡对甲烷分子的促进作用强于对氢气分子，进而影响水合物的储氢密度。纳米气泡在膨胀期会提升水分子的有序度，在稳定期水分子的有序度逐渐趋于恒定。气泡内部的氢气分子倾向于在中心区域聚集分布，甲烷分子则富集于气液界面，该分布特征虽利于水合物成核，却可能影响水合物结构内的氢气含量。

粗粒化模型被广泛用于加速离散元方法模拟。对于多分散颗粒系统，颗粒数量随颗粒粒径比的三次方增加。传统粗粒化模型由于使用相同的比例缩放各粒径颗粒，无法减少由于粒径比增大导致的巨大计算成本。为解决该问题，基于无量纲接触方程的一致性，提出了变比例广义粗粒化方法，通过引入“N对1接触”假设，构建了更符合物理实际的变比例接触模型，并通过调整等效杨氏模量减小几何误差。在变比例广义粗粒化方法的基础上，通过休止角和单轴压缩过程验证其在多颗粒场景下的适用性。结果显示，该方法在大颗粒粒径不变、小颗粒放大两倍时，可以减少计算时间约80%，相对误差均值低于2%。

随着5G技术的快速发展，电子器件正朝着高集成化与微型化方向演进，这导致其热通量显著增加。然而，传统的环路热管（LHP）因其漏热问题，面临热通量的瓶颈，难以满足新兴需求。在前期研究中，开发了一种新型的环路热管——LHPI，并已证明其在性能上的可行性，表现出优异的热管理特性。然而，早期实验采用水作为工质，这一选择由于水的低冰点特性，在低温环境中易结冰，从而限制了其广泛应用。因此，选用新一代环保型制冷剂HP-1，并系统研究了热负荷（50~300 W）与热沉温度（5~15℃）对LHPI性能的影响。实验结果表明，引射器的运行方式对LHPI的传热性能具有显著影响。引射器的运行模式可分为低效模式、正常引射模式、受限膨胀模式和过热模式。在高热沉温度条件下，受限膨胀模式和过热模式的出现时间明显提前。相较于水基工质，HP-1使LHPI在85℃底板温度下热通量提升至41.7 W/cm²，且低温适应性显著增强，为大功率电子器件被动式散热提供了新思路。

利用超疏水导轨稳定生成了具有特定撞击角度的液滴，实验研究了液滴倾斜撞击液膜过程中的传热特性，并利用壁面冷却系数最大值及其标准差来综合评估整个观测区域的冷却效果。研究发现，壁面冷却过程可以划分为快速冷却阶段和恢复阶段，快速冷却阶段的时间尺度远小于恢复阶段的时间尺度。壁面冷却系数最大值和标准差的峰值随Weber数和撞击角度的增加而减小，随加热功率的增加而增加。在恢复阶段，同一时间的壁面冷却系数最大值和标准差随Weber数和撞击角度的增加而减小，参数变化速率随加热功率增加而增加。

喷动床凭借其能在反应器尺度上实现颗粒稳定循环的特点，被广泛应用在储能颗粒制备等领域。然而，颗粒的循环运动会受到操作条件、容器尺寸等条件的影响，导致床层放大困难。研究思路在于摒弃垂直独立喷动的理念，将双喷口协同作用作为基本单元并开展喷动床放大设计。研究表明，在二维和三维矩形喷动床中，双喷口协同偏转喷动具备更高的气固混合效率与更宽的操作区间。二维喷动床内气固混合20 s后，双喷口比单喷口的温度下降同比提升了12%，且颗粒温度方差降低，展现出更强的均匀性。当双喷口流化床纵向扩展为四喷口时，极易出现腾涌状态。通过适度降低气体速度至1.75~2.0 m/s，四喷口喷动床可以实现多喷口独立垂直喷动，并具有优良的气固混合效果。本研究深入揭示了双喷口协同喷动单元在喷动床放大过程中的重要价值，为矩形喷动床的放大设计开辟了新路径。

两相湍流大涡模拟方法中缺失的亚网格尺度湍流信息会对离散相运动特性的预测造成较大误差。迄今为止，颗粒亚格子模型均是基于单向耦合条件构建的。为了提高气固两相湍流大涡模拟的模拟精度，结合基于小波离散误差的自适应网格算法，搭建了欧拉-拉格朗日框架双向耦合条件下的气固两相湍流模拟平台。在该平台下对衰减均匀各向同性湍流进行模拟，结果表明，基于差分过滤（DF）的颗粒所见流体亚格子速度模型的加入使中小惯性范围内的颗粒对径向分布函数相对误差减小约28%，径向相对速度相对误差减小约13%，能在高载荷下以较低的计算成本补偿离散相模拟精度，为该模型在大型工业反应器及流化床等化工设备实际工程应用的数值模拟中的发展及优化奠定了理论基础。

研究了去离子水在开放微通道和光滑铜表面的流动沸腾换热特性，得到了不同质量流速下的沸腾曲线、传热系数、压降特性和压力标准差等曲线。结果表明，在三种质量流速下，开放微通道的临界热通量和传热系数整体高于光滑铜表面，而平均压降特性则相反。此外，开放微通道可以在一定程度上改善回流现象，从而降低通道壁面温度。尽管开放微通道的平均压降比光滑铜表面高23.6%~43.3%，但其平均进口压力标准偏差比光滑铜表面低54.0%~62.5%，且与光滑铜表面相比，减小质量流速可更大幅度地缓解开放微通道的流动不稳定性。

随着空间核动力技术的进步，钠冷快堆成为空间核动力系统理想能源方案，然而微重力下液态金属钠沸腾传热机制不清晰，且缺少防止传热恶化的有效方法。围绕微重力下空间钠冷快堆中液钠流动沸腾问题开展了数值模拟研究，采用双流体模型，对比了常重力与微重力下液钠流动沸腾传热性能，并分析了入口流速以及入口过冷度对微重力下竖直管道中液钠沸腾传热性能的影响。结果表明，与常重力相比，微重力下液钠沸腾传热性能下降，沸腾起始时间提前，更容易发生传热恶化；增加入口流速与过冷度能改善微重力下液钠沸腾传热性能，当入口流速为2.0 m·s^-1，入口过冷度为300 K时，未发生传热恶化。研究结果解释了微重力下液钠流动沸腾传热特性，为空间钠冷快堆一回路微重力下的安全设计提供了理论指导。

磁性纳米流体因其独特的磁诱导定向排布特性与传热强化性能，在能源工程领域具有重要应用价值。利用格子Boltzmann方法（LBM）与离散单元法（DEM），建立了包括磁力的多作用力颗粒动力学模型。引入取向张量定量表征不同磁场下的颗粒链空间结构。结果表明，随着磁场强度的增大，颗粒沿磁场方向的定向排布程度逐渐提高。在200、500和1000 G的磁场强度下，磁场方向的取向张量分量分别为0.506、0.758和0.972。进一步采用热格子Boltzmann方法（T-LBM）模拟了磁场调控下的导热特性，揭示了取向张量通过表征颗粒链的空间构型来有效量化各向异性导热的机制。建立了考虑取向张量的热导率修正模型，该模型展现出了对磁诱导各向异性热导率良好的预测能力。

能源短缺与环境污染是航空业尤为突出的问题，而生物燃料作为一种新兴能源，具有直接替代传统石油燃料的潜力。基于遗传算法，以密度、运动黏度、低位热值、氢碳比及分子量等物性参数为遴选指标对RP-3替代燃料组分比例进行多目标优化，并在常压、临界压力条件下对模型的准确性进行验证。研究表明，最佳替代燃料由32.78%的正丁醚、14.64%的2-甲基呋喃以及52.58%的二代生物柴油组成，理化特性误差整体在3%以内，且在广泛的环境条件下，该模型具备较高的主要物理性质可靠性。另外，利用构建包含192个组分和1482个基元反应的生物替代燃料半详细反应机理验证了其化学性质替代性，结果表明该模型着火延迟时间与实验值良好吻合，对生物燃料优化设计具有指导意义。

基于Nek5000求解器使用双向及四向的直接数值模拟耦合拉格朗日颗粒跟踪方法（DNS-LPT），对方管颗粒两相湍流进行了探究，与单向耦合相比，双向耦合和四向耦合作用会减小流体的平均速度，真实反映流场湍流强度。对于颗粒相，双向耦合促进颗粒在壁面的聚集行为，增加核心区域较高惯性颗粒（St⁺≥25）的流向速度，四向耦合抑制近壁面区域高惯性颗粒（St⁺≥25）的聚集性，增加该区域颗粒的流向速度。

小型反应堆的灵活稳定调控对于其安全运行具有重要意义，其中直流蒸汽发生器二次侧进出口阀门开度调节是二回路系统调控的重要途径之一，对阀门扰动引起的套管式蒸汽发生器动态特性进行研究对于优化阀门调控策略具有重要意义。基于vPower系统动态仿真平台搭建了一、二回路耦合换热的小型反应堆二回路动态模型，研究了套管式直流蒸汽发生器二次侧在入口与出口阀门阶跃扰动工况下主蒸汽参数及轴向参数的动态响应特性及机制。研究结果表明：入口阀门扰动对主蒸汽参数的影响显著大于出口阀门，在±10%、±15%和±20%开度扰动范围内，入口阀门对主蒸汽流量、压力、温度的影响幅度分别为出口阀门的2.09~14.09倍、1.78~6.67倍、-1.67~-14.38倍；同时，发现了蒸汽发生器内部两相流及蒸汽区对流量和压力的明显缓冲作用，进出口阀门在阶跃扰动时由于压力和流量响应速度不同导致超调，而OTSG的缓冲作用导致该超调仅发生在阀门附近；此外，进出口阀门扰动下，各设备局部压降占比及蒸汽发生器内部焓升速率的变化规律不同，导致入口阀门和出口阀门扰动对蒸汽发生器内部压力和主蒸汽温度的影响规律呈现相反趋势。研究成果对于蒸汽发生器二回路运行调控策略具有重要指导意义。

液相放电等离子体技术可突破传统热化学路径的限制，在常温常压下实现液态燃料的快速在线分解制氢。本研究设计了一种基于多孔镍材料的新型高压电极，搭建了可视化放电实验平台，系统开展了甲醇液相放电分解制氢过程的特性研究，重点分析了放电、气泡行为、能质传递特性及其对制氢性能的影响。实验结果表明，多孔电极显著增大了滑动弧放电等离子体气泡体积，并改善了放电通道的时空分布，从而有效提升了甲醇与等离子体间的反应界面与传质效率。与传统针电极相比，采用多孔电极后产氢速率提升至791.6 ml/min，增长38%；单位产氢能耗降低至1.45 kWh/m³ H₂，降幅达33.78%。在长周期运行过程中，多孔电极体系的甲醇分解性能衰减率较传统系统降低超过72%，展现出优异的运行稳定性与寿命特性。研究结果为液相等离子体制氢反应器的高效化、稳定化设计提供了理论依据与关键技术支撑。

双重乳液滴是指液滴内部还包含更小液滴，因其独特的壳核结构而备受关注，常被作为反应单元实现诸多功能。本研究提出利用激光光热效应诱导热毛细流动实现双核双重乳液滴核聚并，并采用CLSVOF方法追踪相界面研究其核聚并特性。结果表明：当激光照射两个内液滴中心时，激光局部热效应会在内外界面诱导形成热毛细流动，共同驱动内液滴相互靠近发生聚并；当光斑半径从20 μm增加至50 μm时，内液滴吸收热量增多，温差增大使热毛细流动更强，聚并发生时间逐步提前；当光斑半径进一步增大，内液滴聚并发生时间又逐步推迟；激光功率越小，内液滴聚并发生时间越晚；内液滴半径越大，由于吸收热量增多及初始界面距离缩短，内液滴越早聚并。

提出了一种基于磷光粒子示踪与全场强度比标定的高温气流流场温度场同步测量方法，采用BaMgAl₁₀O₁₇∶Eu²⁺（BAM∶Eu）磷光粒子同时作为流体的示踪与示温介质，通过对磷光时序图像进行互相关分析提取速度场信息，并基于双波段磷光图像的强度比法重建温度场。结合磷光粒子的激发光谱特性，构建了双波段磷光图像采集系统，并针对成像系统空间响应不均匀性，提出了全场强度比温度标定方法，建立了覆盖27~500℃的精细化温度标定数据库。为评估该方法的可行性，搭建了高温空气圆管自由射流实验平台，开展了不同工况下的同步测量实验。实验结果表明，在100~500℃和15~40 m/s范围内，温度测量的相对误差和相对标准偏差分别小于0.98%和1.17%，速度测量分别小于1.89%和2.84%。

石油在开采过程中会出现部分原油难以被提取的问题，造成采收率降低和资源浪费。使用超临界CO₂这一绿色溶剂驱动石油流动可以强化石油开采，提高油田采收率。使用分子动力学模拟研究了超临界CO₂与石油各个组分之间的相容性，并对溶解过程进行了详细分析，同时研究了助溶剂对溶解过程的强化作用。结果表明，超临界CO₂的溶解度参数值在低温条件下对压力变化的敏感性低于在高温条件下对压力变化的敏感性。随着碳数的增加，烷烃和芳香烃的溶解度参数逐渐升高，而环烷烃的溶解度参数并不随碳数的增加发生明显变化。此外，添加助溶剂可有效提升超临界CO₂对石油烃的溶解能力，其中甲醇的助溶效果最好，加入10%的甲醇可使超临界CO₂与苯并芘的溶解度参数差值降低25.49%。

在当前对快速、安全、便捷的核酸检测技术需求日益增长的背景下，借鉴乙醇纯化核酸的过程及微滤器的过滤原理，设计出利用核酸沉淀阻塞通道的目视检测微流控芯片。在目标核酸特异性扩增后，使用乙醇进行沉淀，基于多孔介质内非刚性颗粒对流动的物理阻塞机理，实现目标核酸的目视检测。使用PMMA微球作为微流控芯片中的阻塞结构，30组重复实验全部在10 min内成功检出，保证了该方案的可行性。该方法兼容恒温和非恒温核酸扩增技术，芯片内环境全程负压且多次进行酒精处理，提供双重安全保障，提高了POCT应用的安全性。

采用烧结与电镀耦合处理工艺，在不锈钢换热管内壁面制备一层在流向上呈分段式微-纳多孔镀层结构，入口处孔径较大，中间次之，出口处最小。以R245fa为工质进行水平管内流动沸腾换热实验。实验工况为：饱和压力0.6 MPa，质量流速200~700 kg/（m²·s），热通量5~75 kW/m²，实验段入口干度0.01~0.9。实验结果表明：实验管对流动沸腾换热有明显的强化效果，传热系数相较光滑管最大可达2.71倍。入口处较大的孔隙结构不仅具有较低的流动阻力，同时还能够有效地调控流动模式。出口处较小的孔隙结构可以更轻松捕获小液滴，促进小液滴吸附到换热表面，进而对换热面进行液体补给，减缓壁面干涸的形成。流型可视化分析表明实验中出现了三种流型，分别为分层流、环状流和干涸。

水冷发电机在核电站、火电厂和水电站应用广泛，但其定子空心铜导线在内冷水中容易发生腐蚀堵塞，进而导致系统运行异常甚至生产安全事故。揭示腐蚀堵塞机理，并基于此发展腐蚀堵塞控制技术具有重要意义。介绍了定子内冷水系统的特点和腐蚀堵塞危害，系统总结了铜腐蚀产物“形成-脱落-局部沉积”的腐蚀堵塞形成机理，探讨了用于控制腐蚀堵塞的水化学调控技术，并结合理论和工程实践重新审视了铜导线在不同水化学条件下的腐蚀堵塞倾向，得出微碱性水化学条件能更有效地抑制腐蚀堵塞的结论。最后从机理研究和工程应用两方面进行了展望，提出进一步揭示腐蚀堵塞的动力学过程以及开发系统状态监测与故障诊断平台，从而更好地为水冷发电机的安全经济运行提供理论依据和技术支撑。

制冷剂与润滑油所形成的混合物存在于制冷系统各部件中，其相平衡特性对热力循环及部件的设计优化具有重要意义。采用基于统计缔合流体理论的PC-SAFT状态方程，对R1234yf、R600a、R744等7种低GWP制冷剂与润滑油PEC4~PEC9的二元混合物气液相平衡进行计算，结果显示PC-SAFT模型与实验结果一致性较好，计算的平均压力偏差绝大部分在6%以内。同时，为进一步拓展模型对复杂多元混合物相平衡的预测性能，采用BP神经网络模型对PC-SAFT状态方程的二元交互参数进行训练，并将预测得到的二元交互参数用于缺乏实验数据的二元体系R1233zd（E）/PEC润滑油、多组分的复杂体系R744/POE润滑油和R290/POE润滑油的相平衡计算。采用神经网络模型预测得到的k_ij 对多组分复杂体系进行预测对比，平均压力偏差为8.99%，可用于实际工程计算。

为了对冰浆清管能力进行定量描述，以实验研究的方式分析过冷水冰浆管内流动及清管能力特性。首先，对体积含冰率范围为22.7%~33.5%的冰浆柱塞流动的管壁切应力进行研究，发现切应力大小主要受含冰率和推动水流速的影响。重点研究冰浆清管能力衰减特性，发现推动水流速越快，冰浆空隙率越高，渗透速率越快。柱塞长度为总管长度的10%，且温度分别为6、9和12℃时，冰浆柱塞前进21.5 m，压降保持率分别为87.02%、81.13%和74.21%，温度提高3℃，压降保持率分别下降了5.89%和6.92%。柱塞长度为20%，温度分别为15、18和21℃时，叠加了推动水流速提高了0.02 m/s对压降的影响，温度提高3℃，压降保持率分别下降了1.75%和3.09%，推动水温度增加引起的压降降低不容忽视。根据冲量定律定义冰浆柱塞清管能力保持率，柱塞长度分别为管长的10%、20%和30%时，冰浆柱塞前进21.5 m，6℃时清管能力保持率分别为67.18%、79.60%和86.67%。且温度每增加1℃，10%和20%冰浆柱塞长度时的清管能力衰减约为1.1%，30%冰浆柱塞长度时的清管能力衰减约为0.9%。

为了探究液滴撞击热壁面的动力学及汽化特性，设计与搭建了可视化实验系统，探究了液滴相态变化特性，并针对典型工况开展了数值模拟分析。研究发现壁面温度与液滴撞击速度是影响液滴形变及壁面传热的重要因素。撞击速度的增加促进液滴铺展，增加液滴与壁面的接触面积从而增强传热，同时液膜变薄也有利于热量传递；壁面温度的升高会加快液滴汽化，引发液滴相态的转变，呈现膜态蒸发、接触沸腾、破碎雾化、雾化弹跳、膜态飞溅和中心射流六种相态。

气液同轴离心喷嘴利用气体剪切作用获得良好的雾化效果，广泛应用于工业生产当中。实验研究了气体剪切作用（有无空气助力）以及运行条件对气液同轴喷嘴雾化特性的影响，明确了稳定运行工况，解决运行压力波动导致雾化效果恶化的问题。结果表明，与旋流喷嘴的单峰分布不同，气液同轴离心喷嘴的雾化粒径分布具有双峰分布的特点，气体剪切作用显著提高了喷嘴的雾化效果。当气液出口面积比为48，气体压力为0.25 MPa，液体压力为0.6 MPa时，索特平均直径（SMD）最小可达到36.5 μm，比没有空气助力的情况降低了84.3%。此外，当气体压力超过0.1 MPa，气液比超过0.28时，SMD不随液体压力变化，可以减少雾化效果对运行压力的依赖。最后通过量纲分析，建立了旋流喷嘴和气液同轴离心喷嘴雾化粒径的经验关联式，对雾化效果实现精准预测。

为了探究相分离结构对微细通道流动沸腾传热性能和均温性的影响，对三种相分离孔数（10孔N1型、20孔N2型、30孔N3型）和三种布置位置（中下游A型、上下游B型、上中下游C型）开展了研究。实验采用乙醇作为工质，在热通量15.05~124.89 kW/m²、工质入口温度40℃、质量流率102.50 kg/（m²·s）条件下，对2 mm×2 mm矩形逆流微细通道进行流动沸腾实验，通过脉动压力实现气相分离。引入强化传热因子、沿程壁温分布、壁面平均温度和温度标准差等参数分析相分离结构的影响。结果表明，跨膜压力一定时，相分离孔数为20时传热系数最大，孔数增加至30对传热提升有限。与无相分离工况相比，相分离结构使传热强化因子最大达1.92，沿程壁温标准差最大降低44%。这表明，相分离微细通道有效提升了传热效率和均温性。

循环流化床在跨临界降压过程中，受热面内流体因物性突变容易出现传热恶化，导致壁温急剧上升，亟需开展跨临界瞬态安全分析以保障系统安全运行。为此，建立了循环流化床受热面内超临界水跨临界降压过程的数学模型，并开发了基于Fortran语言的数值计算程序。程序采用一维瞬态控制方程描述流体流动，管壁传热则通过瞬态导热方程进行模拟。在跨临界时刻，使用临界温度、临界焓值作为局部管段传热模式判据，结合润湿前沿移动模型来模拟管段干涸区域壁温依次回落的过程。通过与实验结果的对比验证表明，该程序能够较为准确地模拟跨临界过程中的流动传热特性。程序可有效预测出不同程度的传热恶化情况，为受热面降压过程的安全性分析提供了有效工具。

海上漂浮核电站被认为是解决海洋能源短缺问题的有效措施之一，但在风浪的作用下处于运动状态，导致蒸汽发生器内气液两相流截面含气率变化，影响运行安全。针对起伏振动气液两相流截面含气率计算模型适用性有限的问题，基于卷积神经网络、门控循环单元、注意力机制和鲸鱼算法建立了起伏振动气液两相流截面含气率预测模型。预测结果表明，该模型对起伏振动水平和垂直上升管截面含气率有良好的适用性，且对流型具有良好的鲁棒性。研究结果为起伏振动下气液两相流截面含气率的精准预测提供了新的方法，为海上核电站蒸汽发生器的参数设计提供理论参考。

根据新型矩形印刷电路板式换热器（RM-PCHE）的试样建立了数学模型，通过数值模拟对RM-PCHE内超临界CO₂的耦合传热特性展开了研究。通过实验数据验证了数值模型的可靠性，换热量的最大相对误差为11.2%，模拟结果可靠。数值分析结果表明，在低温回热器的典型工况下，超临界CO₂的传热性能由比热容和热导率共同影响。在热侧，由于热导率近似恒定，超临界CO₂的传热性能主要由比热容主导。与湍流强度相比，超临界CO₂的热物理性质是影响其传热性能的更主要因素，这导致RM-PCHE冷侧超临界CO₂的传热系数总是大于热侧。基于模拟数据，综合考虑物性变化和湍流强度对传热的影响，建立了修正的超临界CO₂传热关联式，在模拟工况下，热侧关联式的最大偏差为2.3%，冷侧关联式的最大偏差为6.8%。

为解决1-氨基-4-溴蒽醌-2-磺酸（溴氨酸）芳胺化反应催化剂Cu⁺易失活、影响溴氨酸芳胺化反应效率的问题，设计并制备了一种促Cu²⁺释放的含Mn碱式碳酸铜电催化剂，并在两电极体系中采用电化学还原方法进行溴氨酸芳胺化反应。利用循环伏安法（CV）、扫描电镜（SEM）、电化学阻抗谱（EIS）等研究了还原电压、电催化剂组成对芳胺化反应的影响，并进行了底物拓展和放大实验。结果表明，所制备的含Mn碱式碳酸铜电催化剂能有效促进Cu²⁺释放，并在-0.4 V的还原电压下被还原为Cu⁺原位催化溴氨酸与2,4,6-三甲基-1,3-二氨基苯磺酸（M酸）的芳胺化，反应收率达93%，脱溴副产仅3%。对于苯胺、间乙酰氨基苯胺及对乙酰氨基苯胺这三种底物，本策略均能使其芳胺化反应收率达90%以上。此外，在20 g（溴氨酸）级的放大反应中，使溴氨酸与M酸的芳胺化反应取得90%的收率，具有优异的放大制备潜力。

为了制备对2-苯乙醇（2-PE）具有强亲和性的杂化材料，利用1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（13F）通过硅醇缩合反应对β-环糊精金属有机框架（β-CD-MOFs）进行氟化改性，然后通过亲核取代和硅醇缩合反应将芦丁（LD）接枝到氟化的β-CD-MOFs上，合成了芦丁改性的β-CD-MOFs（L-13F-βMOFs）。将L-13F-βMOFs添加到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中制备混合基质膜，用于2-PE渗透汽化分离。采用FTIR、XPS和SEM表征了填料的化学结构和形态结构。采用ATR-FTIR、溶剂吸收率和接触角对混合基质膜的化学组成、结晶结构和亲疏水性进行了表征。同时，优化了膜制备与分离工艺条件对渗透汽化性能的影响，并研究了三元体系中麦芽酚对2-PE分离性能的影响，以探索其竞争吸附和渗透。此外，探讨了混合基质膜对2-PE的分离机理。研究结果表明，当L-13F-βMOFs负载量为5%时，制备的混合基质膜表现出优异的分离性能，其总通量、分离因子和渗透汽化分离指数分别为1398 g·m^-2·h^-1、32.67和44270 g·m^-2·h^-1，分别是纯PDMS膜的1.69、2.74和4.95倍和添加β-CD-MOFs的PDMS混合基质膜的1.47、1.78和2.61倍。这是因为L-13F-βMOFs中含有的—Si—O—、苯环和F原子等基团与2-PE之间存在亲疏水、π-π和氢键相互作用提高了膜对2-PE的亲和性。当麦芽酚在原料液中浓度增加到1.2×10^-3时，混合基质膜的2-PE通量和2-PE/水分离因子仅下降19%和21%，表明该膜对2-PE具有较好的分子辨识能力。在168 h的稳定性测试中，混合基质膜的分离性能未见明显变化，该膜在2-PE分离领域有很好的前景。

氢气驱动的电化学CO₂捕集系统（hydrogen-driven electrochemical carbon capture system，HECCS）因低能耗和高选择性等特性受到广泛关注。HECCS中多离子耦合传输与电流密度、捕集浓度及温度等操作参数的定量关联是厘清其捕碳机制的关键。基于Maxwell-Stefan扩散方程，建立了HECCS系统捕碳过程中考虑多离子耦合传输的传质-电场耦合多物理场模型。研究表明，所建立模型可以有效地模拟HECCS系统中的多离子传输过程。通过对膜电极内pH分布、电解质电势及OH^-、\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}和\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}传输过程耦合特性的分析，厘清了不同操作参数下捕碳性能的速率限制步骤，获得了操作参数和关键控制因素对HECCS捕集通量和电子效率的影响规律。研究可为电化学CO₂捕集系统的性能提升和优化设计提供理论分析和计算依据。

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell， SOFC）具有高效、清洁的能源转换特性。SOFC集成系统的优化研究则通过多参数协同调控进一步提升系统效率与长期稳定性，对推动低碳能源技术的发展具有重要意义。本研究基于流道中设置矩形障碍物的SOFC模型，采用Plackett-Burman试验设计筛选关键工作参数，并利用响应面分析法分析参数交互作用，确定多目标优化的必要性。通过单因素试验确定参数范围，筛选出工作温度、压力等关键因素，结合辅助系统参数建立响应面模型。采用非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ， NSGA-Ⅱ）和多目标粒子群优化遗传算法（multi-objective particle swarm optimization genetic algorithm， MOPSO-GA）对系统效率与衰退率进行多目标优化，结果表明：NSGA-Ⅱ优化后系统效率达87.19%（提升22.62%），衰退率为71.75%（增加4.64%）；MOPSO-GA优化后效率为83.89%（提升19.32%），衰退率为68.12%（增加1.01%）。NSGA-Ⅱ在效率提升方面更优，而MOPSO-GA更适用于长期稳定运行需求。

超高压干气密封作为极端工况下的非接触式密封，其性能显著受高温高压环境中的热力变形影响，热力变形研究对密封的长期稳定运转至关重要。针对高温高压高转速极端工况，建立流-固-热多物理场全耦合的性能分析模型，研究热力耦合变形对密封性能的影响，展开变形协调分析与优化研究，探究优化后的结构对密封性能的综合影响，得到超高压干气密封的适宜操作范围。建立高压密封试验装置，通过试验验证了模型的准确性。研究表明，当动环轴向厚度比M_d为1.05~1.10，静环轴向厚度比M_f=1.20时，间隙近乎为理想平行型间隙，密封性能最好；当平衡直径处泛塞圈摩擦力与弹簧弹力之比S_f为0.6~0.8时，密封性能达到最佳；适宜操作的压力范围为0~14 MPa，线速度范围为30~160 m·s^-1，温度范围为50~200℃。结果可为超高压干气密封结构参数和工况参数的设计提供理论参考。

针对氮化硅（Si₃N₄）陶瓷与金属钎焊中润湿性差，活性组元界面活性不足的问题，提出以Sc替代传统Ti活性组元，采用改良座滴法，系统地研究了Sn-xSc［x=1%，2%，2.5%，3%（原子分数）］合金在700~800℃范围内对Si₃N₄陶瓷的润湿行为。实验结果表明，随着活性元素Sc的引入，Sn-xSc/Si₃N₄体系的接触角显著降低，并且表现出对温度和Sc浓度的强烈依赖性。在800℃时，Sn-3%Sc/Si₃N₄体系的接触角降至0°，实现了完全润湿。通过界面微观结构分析发现，在800℃下Sn-3%Sc/Si₃N₄体系界面处形成了约1.3 μm厚的反应层，主要由ScN和ScSi化合物组成。此外，还发现前驱膜的形成机制符合快速吸附-薄层漫流机制。热力学和动力学分析表明，体系润湿性是由生成的ScN和ScSi决定的。这一发现为优化Sn-Sc合金在Si₃N₄陶瓷上的润湿性和界面结合提供了理论依据。

针对超疏水铝合金在苛刻环境应用的稳定性需求，提出一种化学-电化学协同刻蚀结合硬脂酸原位修饰的制备工艺。采用该工艺在6061铝合金上构建了微纳结构，实现接触角为165°、滚动角为3°的超疏水特性。该超疏水铝合金在空气和油中均具有优异的自清洁性能，在低温环境下超疏水铝合金的结冰时间为384.19 s（对照组12.85 s），表现出良好的环境稳定性及防覆冰特性；在超声（40 Hz）振动80 min、沸水中处理1.5 h、线性磨损（400 cm）后的接触角仍大于160°，落砂（200 g）冲击后接触角为152°，表明该超疏水铝合金具有优异的机械耐久性。

使用安全无污染前体，通过改进的溶胶-凝胶法合成了Mn、Al共掺杂钙基储能材料，对材料的各项储能性能进行了研究，并考察了初步放大合成对材料性能的影响。结果表明，乙酸钙前体合成的共掺杂材料Ca100Mn15Al10-Ac在1000次储能循环中表现出优异的稳定性，性能仅衰减23.2%，且主要集中在前期，其平均光吸收率也达到70.1%，通过形貌分析发现，共掺杂材料在循环过程中演化出的稳定多孔结构有效抑制性能衰减。材料的初步放大合成以及添加微晶纤维素黏结剂不会对Ca100Mn15Al10-Ac的稳定性造成负面影响，有利于后续大规模制备。

本文采用多相质点网格方法耦合传热、传质以及化学反应等子模型，对流化床内生物质与煤的混合燃烧过程开展了全三维数值模拟研究。通过模拟结果与实验数据进行对比，证明了所发展模型的合理性。研究了流化床内生物质与煤混合燃烧过程的气固流动、气固组分分布及颗粒温度分布等特性，并探讨了不同入口风质量流速（0.01、0.012、0.014 kg/s）和不同燃料掺混比（1∶4、3∶7、2∶3）对颗粒温度分布、传热系数以及气体产物浓度的影响。结果表明，由于颗粒尺寸/密度不同，反应器内存在明显的颗粒偏析现象，并且在密相区颗粒温度分布存在较大梯度。提高入口风质量流速显著降低了床料颗粒传热系数，缩短燃料颗粒在高温区的停留时间。入口风质量流速从0.01 kg/s增至0.014 kg/s时，出口O₂物质的量浓度升高3.7%，其余气体组分浓度降低。生物质掺混比从1∶4增至2∶3时，因生物质氢碳比高、挥发分含量高，促进H₂O和CO₂生成，出口O₂物质的量浓度降低2.1%，其余气体组分浓度上升，且生物质颗粒全床层温度升高，但对整体传热系数影响不显著。

钙循环生物质化学链气化（CaL-BCLG）技术通过CaO基吸收剂原位捕集CO₂以实现高纯H₂制取与碳减排的协同目标，在清洁能源领域具有广阔前景。但吸附剂在高温循环中的烧结失活问题严重制约其工业化应用。以煅烧电石渣（CCS）为CaO前体，采用湿混-煅烧法制备了一系列掺杂惰性氧化物的改性吸附剂。结合XRD SEM、BET、STA等表征手段、大样品量热重装置及CaL-BCLG平台，系统研究了掺杂剂类型对吸附剂物化特性和CO₂吸附性能的影响，并评估了掺杂改性对生物质循环制氢能力和气化动力学行为的作用机制。结果表明，CCS在初始反应中具有较高的碳酸化转化率，但烧结导致其性能显著下降。CCS-Si2吸附剂（CCS∶SiO₂=98∶2）在20次循环反应中展现出最优性能，平均最大CO₂吸附量和碳酸化转化率分别达到0.32 g·g{}_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{r}}^{-\mathrm{1}}和47.44%。生物质气化制氢效率受吸附剂CO₂捕集能力和合成气在吸附剂内部的扩散效率共同影响。当CaO与碳元素摩尔比（CaO/C）<1.0或蒸汽与生物质质量比（S/B）<30时，增加吸附剂和蒸汽添加量可促进气化反应；超过该阈值则会抑制合成气扩散并破坏反应器内温度场稳定性，产生负效应。在典型工况下（温度650℃，CaO/C=1.0，S/B=30），CCS-Si2吸附剂经10次循环后的H₂产率达357 ml·g{}_{\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{o}}^{-\mathrm{1}}，CO₂产率仅为91 ml·g{}_{\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{o}}^{-\mathrm{1}}，显著优于纯CaO和未改性CCS。研究可为电石渣的资源化利用及CaL-BCLG工艺中吸附剂的高效稳定设计提供理论支撑。

面向“双碳”目标，提升热电联产系统灵活性成为关键，实现热电解耦是当前的紧迫任务。为此，基于Simulink构建配备电锅炉蓄热装置的热电联产模型，研究了系统的动态特性，运用NSGA-Ⅱ寻优算法和TOPSIS决策模型，协同优化经济性、环保性和供电能力。研究表明，引入电锅炉蓄热装置显著改善了热电联产系统性能。根据负荷利用率，提出电锅炉差异化运行策略：低负荷利用率阶段（≤0.2）采用蓄热优先模式，高负荷利用率阶段（≥0.7）采用直接供热模式，其他时段采用混合模式。此外，蓄热罐在电价峰值时段以最大功率放热的策略具有最佳经济效益。

国内外市场对绿色电能的极大需求，使大型工商业储能系统投入广泛应用，但电池存在热稳定性差、高温条件下副反应增加且易突发热失控的问题。为了更有效地将电池组的工作温度控制在最适宜温度区间20~35℃，采用实验标定仿真模型方法开展对电池组温度特性有较大影响的3个关键因素（不同宽高比孔型、不同液冷板布局方式和不同进口水流量）的数值模拟研究。研究结果表明，不同宽高比孔型流道对电池组温度影响较小，但对液流场压降和能耗影响较大；底部+两侧液冷板布局相比单纯底部冷却能够显著降低电芯的最高温度，降幅21.8%，大幅提升电芯均温性，提升幅度达68.1%；适中底部冷却水流量10~12.5 L/min，能够有效通过对流换热约束电芯高温，改善电池组温度均匀性，并且液流压降和液冷系统能耗也较低。综合考虑孔型W/H=3、底部+两侧液冷板布局及12.5 L/min水流量这3个因素，电池组的最大温升和均温性表现最好，单个底部+两侧冷却因素与多因素冷却性能极为接近，差距仅0.1℃，在电池多因素综合冷却降温过程中发挥了主导性作用。

通过无溶剂搅拌策略将液态金属（LM）与β-环糊精（CD）复合制备液态金属/β-环糊精（LM/CD）复合物，并以此为引发剂引发丙烯酰胺（AAm）单体共聚，成功合成具有梯度LM/CD分布的水凝胶。CD的疏水空腔可包封LM液滴，其表面羟基通过配位作用与LM形成物理锚定，结合空间位阻效应抑制颗粒团聚，在搅拌转速2000 r/min、时间30 min条件下可有效分散60%（质量分数）的LM，LM/CD可形成具有自支撑性与导电性的片层结构。通过敲击诱导LM定向析出使LM/CD水凝胶底部电阻发生变化，电化学测试表明，LM/CD水凝胶底面电阻与敲击次数呈线性关系，可以实现仿生记忆功能且在压缩-释放循环中电阻保持稳定。与传统导电聚合物改性水凝胶相比，该材料兼具高导电性（底面电阻0.808 Ω）、优异力学性能及稳定的记忆行为，为智能仿生材料设计提供了新思路。

CO₂作为温室气体之一，对全球气候变化产生了显著影响。开发高效、经济的CO₂捕获技术至关重要。利用CaCO₃吸附CO₂是一种具有潜力的方法，其原料来源广泛、成本低廉且可通过调控形貌和比表面积优化吸附性能。本研究以KCl、NaCl和LiCl为盐模板制备了CaCO₃材料，并系统评估了其对CO₂的吸附性能。结果表明，CaCO₃-KCl的比表面积显著高于CaCO₃-NaCl和CaCO₃-LiCl，分别为72.6、40.2和18.9 m²/g。且CaCO₃-KCl呈现多孔纳米片结构。CO₂-TPD显示，CaCO₃-KCl表面具有较多的吸附位点。重要的是，CaCO₃-KCl、CaCO₃-NaCl和CaCO₃-LiCl的CO₂吸附量分别为0.39、0.32和0.31 mmol/g。CaCO₃-KCl在10次穿透循环实验中的CO₂吸附量仅降低了7%，并对CO₂/N₂有着较好的分离效果。本研究揭示了盐模板剂对CaCO₃形貌、比表面积及CO₂吸附性能的影响，为高效CO₂吸附材料的设计提供了重要参考。

在信息通信技术日新月异的发展背景下，电磁波辐射问题影响人们身体健康和电子设备的正常工作。为解决上述问题，开发高性能电磁波吸收材料已成为当前科技发展的重要研究方向。作为磁性吸收剂中的重要组成部分，铁氧体吸波材料因合成工艺简单和具有良好的磁损耗优势受到广泛关注。然而其相对介电常数与阻抗匹配较差，难以满足宽频吸波需求。本实验以四氧化三铁为研究对象，通过引入金属镍作为催化剂，实现碳纳米管的原位生长。制备出Fe₃O₄/FeNi/CNT复合材料，丰富损耗机制和提高电磁波吸收性能。样品在频率4.88 GHz时，最小反射损耗（RL_min）可以达到-39.2 dB。在厚度为2.00 mm的条件下，有效吸收带宽（EAB）可以达到3.5 GHz。通过雷达截面（RCS）模拟证明Fe₃O₄/FeNi/CNT复合材料具有强电磁波吸收能力，适合应用于实际。本文可为优化铁氧体的吸收带宽和阻抗匹配提供参考。

火灾一旦发生将造成严重危害，为减少灾害并提升消防灭火能力，通过高速分散法制备了一种由疏水性纳米二氧化硅包覆液体形成具有核壳结构的干水灭火剂，采用超声振荡法混合5-氨基四氮唑和高氯酸钾制备抛撒药，同时基于熔融沉积成型（FDM）3D打印技术，采用聚乳酸材料（PLA）制作100 g微型灭火弹，设计了7种不同灭火弹结构，分别为相同壳体壁厚（0.6 mm）不同装药部位（底部、中心、顶部），以及相同装药部位（中心装药）不同壳体壁厚（0.2、0.4、0.8、1.0 mm），优选出抛撒效果较好的灭火弹结构并进行不同尺寸正庚烷油盘火（200、300、400 mm）灭火实验。结果表明：抛撒药对耐压干水的损坏较小；相较于其他工况，灭火弹采用中心装药、壁厚为0.6 mm时，壳体能够有效破裂，干水抛撒在径向呈现“扁平椭圆柱”状，抛撒速度峰值为57.95 m/s，且产生38.89%拉丝状破片，该破片具有良好弹性，可起到缓冲效果，不会对周围环境造成危害；灭火弹仅用时106 ms扑灭300 mm正庚烷油盘火。本研究可为干水型灭火弹结构优化提供理论依据，同时可为灭火弹扑灭油池火提供参考。