水热液化技术可以将秸秆等木质纤维素类生物质转化为生物油，生物油提质可制备液体燃料和高附加值化学品。但生物油成分复杂，研发适宜的提质方法与工艺是当前的热点。金属水热原位加氢提质是一种新兴生物油提质技术，具有原料适应性广、成本低和效率高等优势，受到国内外广泛关注。本文从木质纤维素类生物质水热加氢提质原理、金属水热原位加氢最新研究进展及相关数值模拟方法三方面进行了综述，在此基础上指出目前该技术存在的主要问题，并指明未来研究方向。目前金属水热原位加氢提质过程活性氢和氢气作用机制尚不明晰；明确加氢催化剂与金属/金属氧化物的相互作用是制备高效加氢催化剂的关键；集总动力学和分子模拟等方法是金属水热原位加氢提质技术在理论计算领域未来的发展方向，有待进行深入研究。

临界热通量（CHF）是微通道流动沸腾换热的限制参数之一，当热通量大于CHF时，换热性能急剧恶化，换热设备易发生烧毁与故障，因此CHF对于微通道换热的安全运行具有重要影响。微通道换热是目前电子冷却的主流技术，然而近年来电子设备热通量不断提高，CHF已成为限制微通道应用的关键参数之一。针对微通道CHF的研究进展，详细阐述微通道CHF的形成机理，分析工况参数和通道尺寸对微通道CHF的影响机制，总结微通道CHF的预测模型，详述微通道CHF提升的各类技术方法与原理，探讨学术界观点差异和今后研究方向。该综述为微通道在高热通量条件下安全可靠运行提供了研究借鉴。

通过电催化方法，在常温、常压下将CO₂还原为高附加值化学品，是解决目前能源短缺和环境污染问题的理想选择之一。铜基材料是目前被证实的还原CO₂生成烃类、醇类等高附加值产物的最有效非均相电催化剂，因此受到国内外研究者的广泛关注。综述了纳米Cu材料在电催化还原CO₂领域的研究进展，重点阐述催化剂结构（晶界、表面结构与晶面、孔结构等）与性能关系，并讨论了测试条件如传质、局部pH对催化性能的影响，最后论述了该领域目前存在的问题和未来发展趋势。

火力发电是我国的主要发电方式，在燃用煤、生物质等固体燃料时会面临锅炉换热面的冲蚀磨损或腐蚀问题，导致管道失效停炉，严重影响了电厂的安全稳定运行。超声速火焰（HVOF）喷涂作为热喷涂工艺的一种，可以通过在换热管道表面添加防护涂层来缓解磨损或腐蚀问题。因其制备的涂层具有与基体结合强度高、孔隙率低等优异的特点，在锅炉换热面的耐磨损耐腐蚀方面研究及应用前景广阔。综述了HVOF喷涂的发展、工艺流程以及涂层的特性，并重点总结了用于提升锅炉换热面耐磨损耐腐蚀性能的HVOF涂层材料，以及不同材料应用时需要考虑的环境因素。最后从工艺优化、材料进步以及实验方法创新三个方面对HVOF工艺在锅炉换热面上的应用做出展望。

随着电子、材料等尖端行业的迅速发展，铌因其独特的物化性质已被视为关键战略性金属资源，其需求量逐年递增，铌的冶金提取技术也受到越来越多的关注。我国白云鄂博地区铌资源丰富，但因铌品位低、矿相复杂、选矿分离难度大，目前尚未有效地开发利用。研究开发适用于我国低品位铌资源的提铌技术，具有重要的研究价值和战略意义。综述了主要的低品位铌资源提铌技术的研究现状，包括火法还原法、酸分解法、碱分解法、氯化法和火法-湿法联合法等，探讨了各种技术工艺的优势和特点，以及铌低品位条件对提铌效果的影响。近年来开发的亚熔盐法和焙烧-酸浸联合法也用于低品位铌资源提铌，这两类方法展现了良好的提取效果和应用价值，具有较为广阔的前景。前者由于分解率高、环境负担小而具有较大的潜力。现有研究表明后者可以较为高效地分解低品位铌矿，铌浸出率可达到98%。最后，对目前低品位铌资源提铌方法存在的问题和未来研究发展方向进行了总结和展望。

美罗培南是一种广谱、高效、安全的抗生素，也是治疗新冠肺炎的临床药物之一。研究美罗培南加氢反应的一锅法和两步法工艺过程，利用基团贡献法估算反应体系中各组分的物性，包括临界参数、标准摩尔生成焓、标准摩尔熵、比热容等。利用热力学基本原理，计算美罗培南加氢反应的标准摩尔反应焓、标准摩尔反应熵、标准摩尔反应Gibbs自由能和平衡常数。结果表明，美罗培南加氢反应是放热反应，且放热量较大，降低操作温度有利于反应向热力学有利的方向进行；加氢反应是较容易进行的，缩合反应的平衡常数远小于加氢反应；可着重考虑采用降低操作温度，及时移出反应产物等方式推动缩合反应向正反应方向进行。热力学理论计算与实际情况吻合较好。一锅法在热力学上优于两步法，但需要解决催化剂易中毒问题。将抗中毒的包围型催化剂与微界面反应强化技术结合优化一锅法加氢过程是对美罗培南加氢反应技术升级一个值得探索的方向。

常压条件下，实验测定了不同温度（283.15~343.15 K）下吸收制冷/热泵工质对——溴化锂（LiBr）、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM][OAC]）和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐（[BMIM][SCN]）水溶液的密度、黏度和表面张力，借助线性方程和Vogel-Tammann-Fulcher（VTF）模型，分别成功关联了密度和黏度实验值。研究结果表明：在相同条件下，溴化锂水溶液的密度大于离子液体水溶液的密度，而前者的黏度小于后者；对表面张力，随着溴化锂含量增加，其水溶液的表面张力值增加，而少量离子液体可使水的表面张力快速下降。根据实验黏度和表面张力分别获得了能量势垒和表面熵/焓，表明各水溶液中分子或离子迁移难易程度遵循[EMIM][OAC] > [BMIM][SCN] > LiBr，表面有序性遵循[BMIM][SCN] > [EMIM][OAC] > LiBr。研究结果可为吸收制冷/热泵工质对及低温余热回收系统的设计和计算提供可靠的数据支撑。

实验测定了DL-及D-青霉胺在273.15~333.15 K、不同质量比乙醇-水混合溶剂中的溶解度，以此确定了合适的结晶溶剂比例。绘制了273.15、283.15、293.15、303.15、313.15和323.15 K下青霉胺溶解度曲线。测定了D-和DL-青霉胺以及ee值为87%溶液的介稳区宽度。研究了不同ee值饱和溶液（饱和温度为313.15 K）在不同初始过冷度下起始成核情况及ee值为87%的饱和溶液在不同初始过冷度和晶种量下的等温结晶过程。最后考察了不同降温速率、晶种量对ee值为87%原料的结晶拆分情况。结果表明，对于等温结晶过程，随着结晶进行，产品ee值下降，且初始过冷度越大、晶种加入量越多，ee>99%的产品收率越高；对于降温结晶过程，产品ee值随收率增大而减小，且降温速率越慢、晶种加入量越多，ee>99%的产品收率越高。

采用等温溶解平衡法和浊点法分别测定了308.2 K时三元体系KCl+PEG10000/20000+H₂O的固液平衡组成和液液平衡组成，同时测定了固液平衡时体系的密度和折射率。根据实验数据，绘制了两个三元体系308.2 K时的完整相图、双液线对比图和结线-组成图。研究发现：三元体系KCl+PEG10000/20000+H₂O 308.2 K时的完整相图均包含6个区域：不饱和液相区（L），2个一固一液区（L+S），双液相区（2L），两液一固区（2L+S），两固一液区（L+2S）；其中，一液两固区（L+2S）中的两种固相分别为KCl和PEG10000/20000。在完整相图中，一固一液区面积最大，双液相区面积最小。对比308.2 K时聚乙二醇分子量为1000、4000、6000、10000和20000的KCl+PEG+H₂O体系可知：分子量为1000、4000和6000时，体系中仅存在固液相平衡关系；分子量为10000和20000时，体系中同时存在固液和液液相平衡关系，且随着聚乙二醇分子量的增加，双液线向原点移动，双液相区（2L）和两液一固区（2L+S）增大，不饱和液相区（L）和一固一液区（L+S）均减小。采用Chen-NRTL-PDH热力学模型进行了液液相平衡计算，计算结果与实验数据吻合较好。

为了从微观角度揭示不同种类超临界流体性质，对超临界流体氩和水进行分子动力学模拟。分析了温度和压力对不同种类超临界流体局部密度时序曲线波动，物理团簇及不同密度区占比的影响。模拟结果表明，两种超临界流体物理参数的变化具有较强的一致性。首先，密度时序曲线的均方根误差的最大值所对应的温度均偏离拟临界点，随着压力增大，近临界压力出现的“脊”也逐渐减弱或消失。定压工况，径向分布函数随温度的升高，峰值和谷值均减弱，呈现出从类液状态向类气状态过渡的规律，物理团簇的个数随着温度的升高逐渐增大，最大团簇原子数的占比随着温度升高逐渐减小。定温时，随着压力的增大，表现出相反的变化趋势，物理团簇和最大团簇的占比均与系统密度有较强的依赖关系。不同压力下，系统内平均密度区占比随温度的升高，呈现出先减小后增加的变化规律，且随压力的增大，整体均匀性增强。其次通过理论方法确定两种超临界流体两相区的起止温度，发现从类液状态向类气状态转变的相变焓随压力的增加逐渐增大，是压力的线性函数。最后根据系统熵和温度的关系，阐述熵对超临界流体有序性的影响，指出熵是驱动超临界流体相变的重要作用机制。

设计并制备了CuO纳米结构和矩形微槽相结合的层级微槽超疏水表面，采用去离子水、质量分数为8%和16%的乙醇溶液为工质，研究了三种表面张力的单个液滴在微槽内的受限生长特征以及槽内变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳行为，探讨了受限微结构对较低表面张力液滴合并弹跳的影响。结果表明，在Laplace压力差的驱动下，微槽内受限变形的水滴发生自弹跳行为，随着溶液中乙醇浓度的提升，液体表面张力减小，表面对液滴的吸附增强，乙醇质量分数为8%和16%的槽内变形液滴不发生自弹跳，而是爬升并悬浮于微槽上方。受限微结构对液滴合并弹跳的强化作用随液体表面张力的减小而减弱，与去离子水相比，乙醇质量分数为8%和16%的受限变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳速度分别降低了26.7%和75.9%，能量转化效率分别降低了17.8%和90%。

基于计算流体力学（CFD）和实验方法，研究频率为20 kHz的超声波诱导的液氮空化特性。数值建模采用Mixture多相流模型，Singhal空化模型和Realizable k-ε湍流模型，并通过动网格方法实现边界正弦振荡来模拟超声波发生器界面。模拟计算获得超声空化结构的周期变化特性，与实验观察相比发现现象上一致性较好。基于数值结果，分析了超声影响区压力和温度等参数的变化特性；发现由于热效应，使得液氮超声空化相比水超声空化具有不同特性。模拟了振子振幅、超声频率及系统压力等参数对空化的影响特性，并提出超声波诱导的空化数表达式，结果证明空化数越小越容易发生空化。计算结果深入揭示了液氮超声空化机理。

针对锅炉燃用高碱煤产生的受热面积灰问题，以流化床锅炉对流过热器为研究对象，采用离散元方法（discrete element method）建立黏性颗粒碰撞黏附模型，对过热器对流受热面的积灰过程进行数值模拟。分别研究了烟气流速、颗粒粒径、烟气温度以及壁面温度对积灰特性的影响规律。模拟结果表明：烟气流速增大、颗粒粒径减小会导致颗粒的碰撞率上升、捕集率下降；烟气温度和壁面温度提升时，颗粒表面能上升，导致颗粒捕集率上升，且壁面温度的影响更为显著；不同工况下最大积灰厚度、沉积物形状变化较小。

利用VOF（volume of fluid）方法对静止水中气泡的自由上升过程进行了数值模拟，研究了初始直径不同的气泡自由上升时尾流的演变过程。研究发现气泡自由上升过程中其尾流有对称脱落、过渡态和周期性脱落三种运动状态，其中过渡态是介于对称脱落和周期性脱落之间的非稳定性脱落。气泡上升过程中其形状由球形转变为椭球形。尾流的对称脱落发生在气泡处于椭球形状且沿直线上升的过程；随着气泡的继续上升，当气泡的长轴与水平方向产生夹角时，尾流就会由对称脱落转变为过渡态（非稳定性脱落）；最终，尾流会转变为周期性脱落。2.4 ~3.7 mm气泡尾流运动状态发生转变的临界Reynolds数不同，且随气泡初始直径的增大而增加。直径为2.4 ~3.7 mm气泡的尾流周期性脱落的频率为31 ~39 Hz，且频率随气泡直径的增大而减小。

基于MATLAB编程，采用分布参数法构建了逆流板翅式换热器的二维计算模型，并与Claude循环氦液化器中多股流板翅式换热器的实验结果进行比较，数值结果和实验结果的吻合程度很好。研究了轴向导热对板翅式换热器换热能力的影响，发现考虑轴向导热的有效度相较于不考虑轴向导热降低了21.8%，且由于轴向导热将隔板冷端和热端的绝热边界条件施加的影响向换热器计算域内部传递，引发了换热器入口区域流体温度的畸变。而在隔板的冷端和热端分别采取定壁温或定热流的边界条件时，流体入口区域温度畸变几乎消失。在考虑轴向导热时，与隔板两端绝热边界条件相比，定壁温边界条件有效度增加35.8%（{\epsilon }_{\mathrm{c}}）和31.7%（{\epsilon }_{\mathrm{h}}），定热流边界条件有效度增加22.8%（\epsilon）。

管型混合澄清槽在工业生产中具有广阔的应用前景。通过计算流体力学分别对管型混合澄清槽内的混合室和澄清室进行数值模拟，系统地探究了分散相液滴尺寸（d₃₂₌ 100~500 μm）、进料油水比（O∶A = 1∶1~1∶5）、入口挡板及入口位置对混合澄清效果的影响，并将模拟结果与传统方型混合澄清槽进行对比。结果表明，管型混合室内的流场分布更合理，不易形成流动死区。管型混合室内搅拌桨上方和下方形成压力更小的低压区，流体的湍动能更大，搅拌性能更好。在混合室中，降低分散相d₃₂和进料油水比能够提高混合性能。在澄清室中，提高分散相d₃₂和降低进料油水比能够提高澄清性能，入口挡板能够有效提高澄清性能。

采用数值模拟的方法分析了课题组前期开发的实验室规模的柔性叶片Rushton搅拌桨的振动特性，并采用丹麦的Brüel & Kj?r及中国的东华振动测试仪进行了实验研究。结果表明，桨轴系统的第1~6阶振型为弯曲型，第7~12阶振型为扭转型。模拟得到的固有频率与实验结果吻合较好，均表明存在集聚现象；与干模态固有频率相比，湿模态固有频率有所降低。承受高频交变激励载荷时，桨轴系统存在明显的应力和应变谐响应。桨轴系统的固有频率随转速的增大而减小，随介质黏度的增大而增大。研究结果为柔性叶片Rushton搅拌桨的放大设计及工业应用奠定了基础。

双扭转流换热器是一种新型管壳式换热器，分别建立扭转流换热器和新型双扭转流换热器的周期全截面计算模型，利用计算流体力学（CFD）方法对壳体侧的传热系数、流动阻力和综合性能进行了数值研究。结果表明：在壳程同等质量流量下，双扭转流换热器传热系数与类梯形折流板换热器相比降低24.4%~27.9%，压降降低63.3%~71.0%，综合性能增加1.2%~4.1%。通过场协同原理对其传热和降阻机理进行了分析，表明双扭转流换热器速度与压力梯度协同较好，扭转流换热器速度与温度梯度协同性较好。对扭转流换热器进行冷模实验，采用激光多普勒测速仪（LDV）对线上速度进行测量，验证了仿真方法和结果的正确性和准确性。研究模型与结论可为换热器的结构开发与性能研究提供参考。

用粒子成像测速（PIV）技术对传统框式桨、传统框式组合桨和新型框式组合桨的流动特性进行研究，对比了三种框式桨在相同工况下搅拌槽内的速度、流型和湍动能。结果表明：传统框式桨搅拌槽内流体流动以水平环流为主，在框式桨上方和框式桨中间区域流体流动不充分；传统框式组合桨搅拌槽内框式桨上方由于二折叶桨的作用使得框式桨上部流体流速变大，槽内流体上下部的流动得到加强，但在框式桨中心区域依旧存在流动死区；新型框式组合桨搅拌槽内两层桨叶间的连接流得到了加强，框式桨底部和中间区域物质和能量的交换更加充分。在考察的三种框式桨中，新型框式组合桨的混合效果更好。研究结果可为新型框式组合桨应用于化工合成工业中提供参考。

为了改善传统换热器和换热介质的传热效率，通过两步法制备了不同质量分数（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%）的TiO₂-水纳米流体，发展了不同微肋结构（竖直肋片和环形肋片）的绕流圆柱换热系统，通过实验研究了圆柱表面微肋结构的类型（竖直肋片和环形肋片）及数量（N₁₍₂₎=4，6，8）、纳米颗粒的质量分数（ω=0， 0.1%， 0.2%， 0.3%， 0.4%， 0.5%）、Reynolds数（Re=514~1205）对绕流圆柱换热系统的影响。结果表明，纳米颗粒的添加和微肋结构能有效提高传热效率，圆柱表面温度明显降低，其中质量分数为0.4%的纳米流体在竖直肋片数量为6时表现出更好的换热性能。

通过实验研究了在瞬态条件下垂直换热管外池沸腾的流动和传热特性，获得了两相流动的可视化结果，展现了池沸腾沿垂直管流型的演变过程。分析了换热管于大尺度受限空间和开放空间的池沸腾换热特性的差异，受限空间下整体传热性能优于开放空间，而受限空间下上部与底部位置的传热系数的比值小于开放空间；随着热负荷的增加，开放空间与受限空间的差异化减小。此外，针对饱和池沸腾进行了与实验模型相对应的数值模拟，开放空间的池沸腾流场呈现出分层、渐进和传导性的对流特性；而受限空间下，受限边界的内外水域间形成了上下循环的对流机制。

回热节流结构对微通道节流制冷器性能有决定性影响，针对目前微通道节流制冷器多为单层高、低压通道结构，制冷量较小的特点，结合印刷电路板工艺可刻蚀焊接形成不同结构的叠层通道、传热效率高的优点，设计制作出两种印刷电路板式微通道节流制冷器。两种制冷器交错的高低压通道各6层。第一种制冷器的通道结构为大小微槽道相搭配，实现先回热换热后节流，当量直径分别为463 μm和120 μm；第二种通道结构为错排微圆柱针肋，当量直径337 μm，高低压板片均实现回热和节流并行发生。在2.02~5.20 MPa进口压力范围内实验研究两种制冷器性能，得到制冷器质量流量、进出口压力以及进出口和轴向测点的温度。结果表明，微槽道结构制冷器的节流段温降斜率明显大于回热段；微针肋结构前段温降斜率有略微增大的趋势，由于轴向导热和寄生热负荷的存在，后段温降趋缓。第一种制冷器在5.12 MPa进口压力下的质量流量为4.52 g/s，高压侧压降4.31 MPa，最低温度为210.9 K，第二种制冷器在5.20 MPa入口压力下，质量流量为8.70 g/s，高压侧压降4.40 MPa，最低温度可达165.2 K。相比试件一先以回热为主再以节流为主的流程形式，试件二回热与节流同时作用，热力和传热过程有不同规律，具有明显更优的温降效果，是流量、压降、换热、热力过程相互影响的综合结果。随着微通道技术在气体节流领域的应用越来越多，换热过程中伴随显著节流效应越来越普遍，两试件对比实验研究可为今后此类问题的研究、设计与应用提供一些参考。

针对非共沸工质非线性复杂相变传热过程，基于高级分析方法，推导出表征热泵系统性能的评估指标模型——温度匹配度（TMD），探讨了非共沸工质与换热流体之间的换热匹配特性，实验验证了模型的准确性与适用性。选用了三组不同温度滑移程度的非共沸工质（M1、M2、M3）为对象，探究了TMD与换热夹点、系统COP、效率η以及换热器实际损占比ε之间的关系。结果表明：TMD越小，换热流体间的温度匹配越好，系统COP、效率越大，换热器实际损占比越小，反之亦然；且当TMD最小时换热器内夹点总是出现在饱和气态点处。

针对高热通量芯片的冷却散热问题，利用具有巨大升华潜热以及极低初始温度的干冰作为散热流体，通过建立干冰冷却的散热器模型，对散热器散热空间内干冰冷却降温过程的热流场进行模拟仿真，对干冰冷却的芯片降温特性进行分析，得出：干冰入口半径为6 mm，散热器针柱直径为2 mm、11×11均匀分布的散热效果最好。随着干冰流速逐渐增大，芯片温度达到稳定时间越快，流速为0.20 m/s时稳定温度为15.49℃，远低于芯片结温，0.06 m/s的流速即可达到芯片安全温度。干冰流速为0.20 m/s，在10 s时散热空间内已充满干冰，降温效果更好。功率为125 W时，干冰冷却也可将芯片中心测点（A点）温度稳定控制在49.47℃之下。此外，对比分析了P₀=65 W下的水冷式冷却降温与P₀=95 W下的干冰冷却降温性能，得出水冷式冷却稳定后的温度停留在74.2℃，干冰冷却稳定后的温度为15.49℃，干冰冷却降温的芯片整体温度分布更均匀，冷却效果更好。研究结果为进一步深入研究高热通量芯片干冰冷却降温系统打下基础。

气液两相流在常规T型管内的相分配特性已得到充分研究，但少有文献关注微通道扁平T型管内的两相流分配特性。以两相制冷剂R134a为工质，对扁平T型管内的相分配特性进行了实验研究。实验结果表明，气液两相流在扁平T型管内的液相进口流速增加会使液相分离比减小，气相分离比增大；进口干度增加使液相分离比增大，气相分离比减小；气相进口流速对扁平T型管内泡状流的相分配影响较小。由相分配模型预测值与实验值对比可知，现有的相分配模型还无法准确预测扁平T型管内泡状流的气液相分离比。在进口干度为0.45~0.5时扁平T型管内制冷剂R134a气液相分配比较均匀。

橡胶的硫化反应过程对制品的最终性能起决定性作用，而厚壁橡胶的硫化是典型的非等温硫化过程，通常难以通过实验测得的等温硫化曲线来直接确定制品的最佳硫化工艺。因此，利用数值模拟技术来研究硫化过程对于橡胶的成型加工具有重要意义。鉴于此，基于传统硫化动力学模型，通过引入初始硫化参数并将反应级数视为温度的二次函数，构建了精度更高的改进硫化模型，同时将橡胶热物性参数视为硫化度和温度的函数，基于C语言和FLUENT预定义宏编写了UDF子程序，实现了橡胶制品硫化过程传热与硫化的耦合模拟。针对典型厚壁橡胶制品的平板硫化成型，通过测温实验和不同硫化程度制品拉伸、DSC测试与断面形貌观测，验证了耦合算法对温度场和硫化度模拟的可靠性。该方法对指导厚壁且结构复杂橡胶制品硫化成型更具实际意义。

随着原油供应趋于劣质化和严格的环保法规出台，沸腾床渣油加氢技术引起了广泛关注。采用挤压成型法和STRONG沸腾床的特殊成型法分别制备了圆柱形和球形Ni-Mo/Al₂O₃催化剂，系统地研究了催化剂的颗粒形貌对活性相和渣油加氢性能的影响。采用XRD、N₂物理吸脱附、H₂-TPR、HRTEM、XPS和电子微探针分析等手段对催化剂进行了表征。结果表明，球形催化剂具有活性更强的Type Ⅱ类型活性位点、更优异的孔道结构性质和更好的流化性能，这使得其具有更高的渣油加氢活性。球形催化剂中的金属和载体之间相互作用较弱，这有利于形成更高硫化程度和堆垛层数的Ni-Mo-S Ⅱ型活性相，这种活性相在渣油加氢中具有更高的活性。此外，球形催化剂具有比圆柱形催化剂更大的孔径和孔体积，这有利于大分子杂质在孔道中的扩散和活性位点上的吸附，并且使得金属沉积物均匀分布在球形催化剂中，而不是集中分布在孔口。而且球形催化剂尺寸更小，可能更易于流化，这增强了催化剂的传质性能。

天青石生产碳酸锶后剩下的锶废渣，因含有大量的锶资源，属于一种二次资源。目前天青石锶废渣主要通过碳酸盐转化-盐酸浸出两步法来制备SrCl₂，制备过程复杂。实验以BaCl₂为浸出剂，浸出酸预处理后的天青石锶废渣中的SrSO₄，通过一步浸出得到SrCl₂。分别考察了浸出时间、浸出温度、BaCl₂/SrSO₄摩尔比、液固比对锶浸出率的影响。结果表明：浸出时间120 min，浸出温度90℃，BaCl₂/SrSO₄摩尔比2.0，初始液固比10 ml/g时的锶浸出率达到了68.79%。该浸出过程符合未反应核缩模型，且主要受BaSO₄产物层扩散控制，其表观活化能为38.75 kJ/mol。Ba²⁺部分或全部取代SrSO₄中的锶，使得锶废渣中的锶以SrCl₂的形式被浸出。

使用高速摄影技术对2 μl液滴中四丁基溴化铵（TBAB）水合物晶体的成核与生长进行了实验研究。对不同过冷度与不同浓度（10%，20%，30%，质量分数）的液滴中TBAB水合物晶体的生长特性进行了分析并建立了相应的数学模型，推导出TBAB水合物形成活化能E_a为-14.99 kJ/mol。研究结果表明，通过以液滴滴落过冷固体表面的方式可以有效缩短水合物成核的诱导时间，促进水合物的快速生成。为解决水合物在工业中大规模应用的难题提供了新方法。

采用具有开放型骨架结构的大孔SiO₂（Macro-SiO₂）与MgCl₂形成复合载体，同时引入聚倍半硅氧烷（POSS）形成具有空间分隔作用的POSS/MgCl₂纳米团聚体，负载TiCl₄后制备得到改性Ziegler-Natta催化剂。采用红外分析、热重分析、CO低温吸附红外、扫描电镜、粒径分析等手段对POSS改性前后催化剂的结构进行表征，发现POSS的引入能诱导MgCl₂形成更多Mg_4c²⁺缺陷位点，并促进了Lewis酸性位点的形成，有利于TiCl₄有效活性中心的负载。乙烯/1-己烯共聚结果表明，POSS改性催化剂活性较高，最高可达1.03×10⁶ g?（mol?h）^-1，同时具有更高的共聚能力，共聚产物中共聚单体摩尔分数可达3.79%，且聚合产物具有较窄的分子量分布（MWD=3~6）。

首先提出了用于油水砂分离的三相螺旋沉降式离心机两种结构模型。通过CFD数值计算发现，带有轴向管法兰的三相卧螺离心机结构模型存在一定的缺陷，即管法兰上有堵砂的情况出现且分离效率较低。通过改进设计，可调溢流挡板的三相卧螺离心机结构模型是可取的。该模型有较高的油相回收率，且固相也相对较干燥，适用于油水固三相分离。该模型还具有水与油砂分离、油水与砂分离或油与水砂分离等几种不同的排液方式。对此三相卧螺离心机加工制造，搭建实验平台，通过实验研究发现，此种结构的三相卧螺离心机对油相的分离效率较高，挡板圆弧中心到转鼓中心轴的距离对分离效率有着不同的影响。

通过设计包含三电极体系的电解槽，并严格控制工作电极电位，提出以电氧化的方法进行地下卤水中溴资源的选择性提取。对电氧化法地下卤水提溴的技术可行性、反应动力学模型、共存Cl^-和阳极液初始pH的影响以及最佳操作时间展开分析讨论。结果表明：电氧化法用于地下卤水提溴具备技术可行性，且反应遵循二级反应动力学模型。随共存Cl^-浓度的增加，Br^-的电氧化反应速率常数先增大后减小，Cl^-对反应可产生促进与抑制的双重作用：促进作用来源于随Cl^-浓度升高而增大的溶液总电导率，抑制作用来源于Cl^-与Br^-在石墨电极表面的竞争吸附；单位能耗随Cl^-浓度的增大而减小，电流效率相对不受影响。随阳极液初始pH的减小，Br^-的电氧化反应速率常数逐渐增大，电流效率与单位能耗相对不受影响。随电氧化操作时间的延长，Br₂提取率的增长速率逐渐降低，电流效率不断降低，单位能耗不断升高的同时其增长速率也不断增大；6~10 h为推荐的最佳的操作时间。

合理高效的吸附工艺是决定吸附法净化和回收烟气中NO_x工业可行性的关键工艺环节。提出一种通过外部补充气体实现固定床循环体空间内多次循环解吸NO_x的新型吸附工艺（GVTSA）。基于该工艺，采用Na-ZSM-5分子筛作为吸附剂，以某钢厂烧结机脱硫后烟气为原料（组分）进行了NO_x吸附回收实验研究。结果表明，GVTSA工艺相较传统吸附工艺（TSA工艺、VSA工艺）可获取更高的NO_x回收量，在优选条件下（220℃，-50 kPa），NO_x回收率达到90%，解吸气中NO₂浓度由原料气的36 mg·m^-3提升到2%以上，NO_x循环吸附量可达0.10 mmol·g^-1，16次吸脱附循环稳定。研究结果可为烟气NO_x治理与资源化工业应用提供参考。

针对碱法提取半纤维素中木质素含量高、纯化难的问题，通过疏水树脂吸附-超滤协同处理，探讨纯化分离方式的影响。利用离子色谱（IC）、紫外分光光度计（UV）、凝胶渗透色谱（GPC）和热重量分析（TGA），对半纤维素的化学组分、分子量、热稳定性等特性进行了分析。结果表明，树脂吸附-膜超滤处理能有效脱除木质素，获得较高分子量的半纤维素，分子主链结构没有发现明显变化，热稳定性略有提高。经树脂吸附后的半纤维素侧链单元有较为明显的变化，分子量较小的半纤维素带有更多侧链木质素单元，通过苯基糖苷键（PhGlc）与碳水化合物相连，可通过树脂吸附-超滤协同处理分离出来，从而达到分离不同侧链结构的半纤维素。

设计并搭建了太阳能光热-光电方腔型膜蒸馏系统，为研究该系统机理与优化问题，首先以料液进口温度、流量、太阳辐照度为影响因子，膜通量、能耗为响应值，采用响应面法分析各影响因子与响应值间的关系；其次结合中心复合设计法设计实验工况，建立响应值与影响因子的二次多项式回归模型，通过方差分析、实验验证对所建立的模型进行可靠性分析；最后对响应值进行响应面分析与系统优化，获得了系统最佳运行工况和最优膜通量、能耗值，并进行了实验验证。结果表明，系统最佳工况为：料液进口温度为63℃，料液进口流量为232 L/h，太阳辐照度为700 W/m²，在此工况下实际膜通量达到7.28 L/(m²·h)，高于预测值6.39 L/(m²·h)，两者误差为12.23%，对应的能耗值为10.40 L/(kW·h)。

针对污水处理过程中的能耗过高和出水水质不达标等问题，提出一种基于多策略自适应差分进化算法的污水处理过程多目标优化控制方法。首先，在常规跟踪控制结构的基础上，增加对第3、4单元溶解氧浓度的跟踪控制，扩大了能耗和出水水质的优化调节范围。然后，设计一种多策略自适应差分进化算法（MSADE），该算法采用多策略融合变异和排序优选方法，选取合适的变异策略和较优的随机个体引导种群变异，并根据进化过程信息自适应地更新交叉率，以提升算法的收敛性和pareto解的多样性。最后，将MSADE算法与PID控制器相结合，并构建以能耗和出水水质为优化目标的多目标优化问题，实现对溶解氧和硝态氮浓度设定值的动态寻优和跟踪控制。基于国际基准仿真平台BSM1进行验证，结果表明所提的多目标优化控制方法能有效降低污水处理过程的能耗并提升出水水质。

针对过程数据不足，且具有强非线性和多尺度特性的新间歇过程，结合迁移学习方法与多尺度核学习方法的优势，提出了一种基于多尺度核JYMKPLS（Joint-Y multi-scale kernel partial least squares）迁移模型的间歇过程产品质量在线预测方法。该方法首先通过迁移学习利用相似源域的旧过程数据提高新间歇过程建模效率和质量预测的精度。然后，针对间歇过程数据的非线性和多尺度特性问题，引入了多尺度核函数以更好地拟合数据变化的趋势，从而提高模型的预测精度。此外，提出模型在线更新和数据剔除，通过在线持续改善迁移模型对新间歇过程的匹配程度，以消除相似过程间的差异性给迁移学习带来的不利影响，从而不断地提升预测精度。最后，通过仿真验证了所提方法的有效性，结果表明，与传统的数据驱动建模方法相比，本文所提方法能够有效提高建模效率和预测精度。

超临界CO₂压缩机进口端干气密封工况处于临界点附近，强非线性物性及高Reynolds数流动使其密封特性异于常规介质干气密封。在综合考虑四种实际流体效应的稳态膜压求解模型基础上，基于摄动法推导了包括膜压、密度、黏度、Reynolds数、湍流系数和惯性系数在内的多变量摄动干气密封动特性数值模型。对比分析了超临界CO₂和N₂干气密封的动态特性，研究了不同频率比下各实际流体效应和变量摄动形式对超临界CO₂干气密封动特性系数的影响规律，获得了不同条件下动态特性的关键影响因素。结果表明：高频下超临界CO₂干气密封的刚度和阻尼系数较N₂干气密封降幅超过50%，湍流效应和实际气体效应对干气密封动态特性影响显著，低频下采用经典变量摄动和忽略湍流系数摄动会使动特性系数计算偏差很大，而高频下经典变量摄动模型对刚度系数的预测精度可接受。

天然气管道内表面局部腐蚀缺陷会诱发局部流场突变影响局部腐蚀进程，利用高剪切力的冲刷腐蚀实验装置进行流动状态下的电化学腐蚀在线测试，研究了局部腐蚀深坑对局部腐蚀进程的影响。试样在冲刷腐蚀过程中的界面腐蚀电化学信号通过电化学阻抗谱进行分析，腐蚀产物膜的成分及特征通过扫描电子显微镜（SEM）、能量衍射谱图（EDS）以及X射线衍射（XRD）表征，并结合计算流体力学（CFD）分析了流场参数对腐蚀传质过程的影响。结果表明，表面缺陷会诱导局部位置流场发生变化，增强局部位置的传质作用，缺陷表面腐蚀产物也因此随着流速的变化而呈现不同的微观形态。在较高强度流场下，局部增强的壁面剪切力会剥离部分致密腐蚀产物膜，导致测试表面形成大阴极小阳极的电化学分布，促进局部位置的腐蚀进程，从而加速局部腐蚀发生。

基于气体润滑理论，建立了普通螺旋槽、上游泵送螺旋槽和双列螺旋槽三种典型螺旋槽干气密封（DGS）的稳、瞬态模型，采用有限差分法求解并获得了三种典型螺旋槽DGS的稳、瞬态密封性能参数。研究了三种典型螺旋槽DGS稳态性能差异的产生机理及不同膜厚扰动条件下干气密封瞬态性能的演变规律，定义了瞬态性能参数及其时间平均值相对稳态值的变化率，探究了膜厚扰动下的非线性效应对三种典型螺旋槽DGS瞬态性能的作用规律及稳态理论的适用范围。结果表明：上游泵送螺旋槽的开设对密封性有明显提升但对开启性有一定削弱；非线性效应的影响随膜厚扰动的增大而增大，在膜厚大幅扰动下，基于瞬态理论计算的密封性能参数平均值会明显大于稳态值，此时依靠稳态理论获得的计算结果误差较大；普通螺旋槽DGS受非线性因素的影响最小，在其稳态理论可接受的性能误差范围内，所允许的膜厚扰动相比另外两种螺旋槽DGS更大。

耐药金色葡萄球菌的出现和高效抗生素的缺乏已经对食品质量与公共安全造成威胁，因此，亟需寻找一种新的治疗策略来应对日益严峻的细菌挑战。本研究采用水热提取法从藤茶提取二氢杨梅素（DMY），并以脂质体为药物载体、聚乙二醇4000为修饰剂成功制备出多囊泡型二氢杨梅素脂质体（DMY-lips）。使用紫外分光光度计、傅里叶红外光谱仪、X射线粉末衍射仪和同步热分析仪分析确定了DMY的成功包覆，并通过透射电子显微镜和纳米粒度测试仪证实了脂质体的多囊泡结构。该脂质体粒径均一，平均粒径为155 nm，载药率为42.93%。此外，抑菌实验证实脂质体的包覆提高了DMY的抑菌活性和抑菌时间，这主要是由于脂质体提高了DMY的水解度和膜渗透度。DMY-lips对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为0.05 mg/ml。生物扫描电镜和电导率测试实验表明DMY-lips可以破坏金色葡萄球菌的细胞壁和细胞膜，导致菌体膜内内容物流出而死亡。因此，该多囊泡型二氢杨梅素脂质体在制药行业具有巨大潜力，并有望缓解医疗系统对化学抗生素的依赖。

为改善褐煤成浆性，使其满足水煤浆气化需求，利用石油焦配煤，煤油作为表面修饰剂，研究改性方式对褐煤成浆性的影响。结果表明：（1）石油焦具有较强的疏水性，添加石油焦配煤显著提高褐煤的成浆浓度，且成浆浓度与石油焦占干基固体颗粒质量分数α（α>10.0%）正相关；（2）添加占干基固体颗粒质量β的煤油表面修饰配煤混合颗粒可以增强颗粒疏水性，进一步提高煤焦浆浓度，黏度随β先减小后增大，β最佳值与α（α>10.0%）负相关；（3）添加微量石油焦（α<1.0%）煤油悬浮液修饰时，可以提高煤油修饰效果，降低煤焦浆黏度η，α最佳值与β正相关。

以P1/Ti2-15@AC天然矿物共混改性活性焦，模拟研究移动床反应器系统中活性焦联合脱硫脱硝反应过程。研究结果表明，采用新型天然矿物共混改性活性焦，结合加热再生设计，可以很好地将烟气脱硫和脱硝过程结合，从而实现高效率、低成本的一体化联合脱硫脱硝。研究表明，循环脱硫再生后P1/Ti2-15@AC-Rn的脱硝活性得到显著提升，P1/Ti2-15@AC-R1和P1/Ti2-15@AC-R2的脱硝NO转化率接近100.0%，第三次再生后降低至85.0%左右并保持基本稳定。这主要是因为脱硫再生后活性焦表面酸性C—O、C—S等酸性官能团增加，增强了脱硝时活性焦表面NH₃的吸附过程，从而提升脱硝反应效率。

为了节省电厂空间，提高设备集成应用，提出了一种溶液除湿与湿电相结合的工艺，使用除湿溶液在阳极板布膜，同时实现除尘与除湿功能。通过湿电平板降膜除湿过程的数值模拟与试验，探究了烟气及溶液参数对水热回收性能的影响。结果显示数学模型能够较好地反映该过程，试验工况下湿电平板降膜最高水、热回收率分别可达37.5%和35%，水蒸气所释放的汽化潜热大部分转移到溶液。除湿过程对于湿电除尘效果几乎没有影响，通过焓湿图分析及可视化比较证明，湿电平板降膜除湿可以实现白烟的削弱甚至完全消除。

选取稻秆和棉秆为原料，在烘焙预处理后，通过固定床燃烧实验结合HSC Chemistry热力学平衡计算，获得了烘焙生物质燃烧过程中碱金属K的析出和迁移规律。结果表明：烘焙过程中存在着少量水溶性K的释放及其向醋酸铵溶态K的转化，而其转化和释放能力与Cl/K呈正相关。烘焙生物质的成灰率随着燃烧温度的升高而下降，而K的释放率随温度的变化则相反，其主要释放形式为K的氯化物和KOH；此外，600℃时，水溶性K和醋酸铵溶态K主要转化为char-K，700~900℃时其主要转化为K的硅酸盐，随着温度的上升，其转化量不断增加。相比于原生生物质，烘焙生物质有更高的成灰率；此外，烘焙促进了生物质燃烧过程中醋酸铵溶态K向酸溶态或残渣态K转化，同时抑制了水溶性K的释放，这些使得烘焙生物质燃烧过程中K的释放率更低，而烘焙对生物质燃烧过程中K释放的抑制与烘焙过程中Cl的释放率呈正相关。

生物质是可再生能源的理想原料，由于生物质有坚硬的木质素外壳保护而难以被有效利用。离子液体（IL）是一种绿色溶剂，可用于木质纤维素预处理从而提高其利用的效率。为了研究IL水溶液预处理对桉木热解产半焦的结构及其反应性的影响，将桉木粉经2%、4%和8%（质量）离子液体（[Bmim]Cl、[Bmim]OAc和[Bmim]H₂PO₄）水溶液在120℃下预处理2 h，然后将预处理后的桉木粉在650℃下热解。采用SEM、FTIR、XRD和Raman分析表征热解半焦的结构变化，利用热重分析仪（TGA）测定半焦与空气在450℃下的反应性。结果表明，随着预处理IL浓度的增加，半焦产率下降，半焦的晶化程度提高，在拉曼光谱中，I_D1/I_G变小，I_G/I_all变大，这表明IL预处理使半焦结构有序增大，并促进半焦中小芳香环向大芳香环聚并，因而降低了半焦的反应性。IL预处理可便捷调节热解半焦的反应性，为生物质的高值化利用提供有效的制备方法。

为了研究含水气体扩散层（GDL）的冻结特性及水分迁移规律，设计并搭建了含水GDL冻结过程的可视化观测系统。制备了不同润湿性的含水GDL，并对含水GDL的冻结过程进行了可视化实验研究，分析了含水GDL冻结过程中的温度变化，以及润湿性和过冷度对于结冰概率的影响。实验结果表明：含水GDL中的某点突然结冰引发整个GDL内水的过冷状态释放，随后在液固相变的体积膨胀作用下，尚未冻结的过冷水被挤压到GDL孔隙外；疏水性GDL会在更高过冷度下产生冻结现象；随着含水GDL温度的降低，内部过冷水的冻结概率不断增加。本研究探索了含水GDL的冻结特性，可为今后解决质子交换膜燃料电池（PEMFC）冷启动过程中GDL低温冻结问题奠定基础。

利用定向冷冻-碳化法制备了Fe₂C、氮共掺杂的碳膜（Fe₂C/N-C）作为一体化电极用于锂硫电池。由于其兼具规则的导电网络和连通的离子扩散通道，可有效缓解活性物质硫及放电终端产物导电性差的问题，且孔道结构亦可有效缓冲充放电过程活性物质的体积膨胀效应。该膜结构有利于电子传递和锂离子扩散，掺杂的Fe₂C纳米颗粒对多硫化锂具有较强的吸附作用以及向放电终端产物转化的催化作用，有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”，提高硫利用率，显著提升电池的综合性能和循环稳定性。Fe₂C/N-C电极在载流量1.1 mg·cm^-2、1.0 C电流密度下循环100圈后得到833.0 mA·h·g^-1的比容量、99.3%的库仑效率、每圈容量衰减率低至0.02%，在较高载硫量3.8 mg·cm^-2时，0.2 C下循环100圈仍能取得714.3 mA·h·g^-1的比容量。

分别采用十二烷基苯磺酸钠、氢氧化钠以及NaA分子筛残渣为烧结助剂，碳粉为造孔剂，干压法成型，在1150℃空气气氛下烧结制备碳化硅多孔陶瓷支撑体。考察了助剂添加量对微结构、平均孔径、孔隙率以及抗热震性等方面的影响；分析了添加助剂的低温烧成机理。研究结果表明：三种添加剂均有助于提高支撑体的气体渗透性、抗弯强度和耐热震性；添加NaA分子筛残渣助烧结剂获得的碳化硅多孔陶瓷各项性能最佳，气体渗透率为1300 m³/(m²·h·kPa)，强度可达27 MPa，且抗热震性能良好。

以轮胎半焦为碳源，石英砂为硅源，在1520℃下通过碳热还原法制备了碳化硅。采用XRD、SEM和红外光谱仪等对不同原料粒度条件下制备的碳化硅进行了表征，探究了原料粒度对合成碳化硅物相、形貌、粒度和反应程度的影响规律。结果表明：原料粒度对碳化硅的合成反应进行程度及产物碳化硅的物相组成、形貌、粒度均有十分重要的影响。在一定粒度范围内，随着石英砂粒度的减小，碳化硅晶型变完整，且晶须逐渐减少，碳化硅的粒径分布没有明显变化；随着轮胎半焦粒度的增大，产物物相逐渐变为单一，碳化硅的粒径和晶须所占的比例逐渐减小。此外，通过对产物中C/Si 比的测定和存在中间产物SiO的证实，推测出了碳化硅颗粒的生成机理为气-固（VS）反应，而碳化硅晶须的生成机理为气-气（VV）反应。

石蜡乳液是集储热与传热于一体的新型功能流体，具有广阔的应用前景。但是石蜡乳液在降温时会出现明显的过冷现象，降低了其储热与传热的性能。针对这个问题，用镁-铝层状双金属氢氧化物（Mg-Al LDHs）代替化学表面活性剂，采用高速剪切乳化法，制备了石蜡含量为30%（质量）的O/W型Pickering乳液；分别采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、流变仪、全能稳定性分析仪和差示扫描量热仪对所制得的石蜡Pickering乳液的微观形貌、粒度分布、黏度、稳定性和热力学性质进行了表征。结果表明，当Mg-Al LDHs的含量从1%（质量）增加到5%（质量）时，石蜡Pickering乳液的粒度减小，黏度升高，稳定性得到改善；在石蜡Pickering乳液中，Mg-Al LDHs纳米颗粒吸附在石蜡液滴表面，诱导石蜡在降温时异相成核结晶，从而抑制了其过冷现象；所制备的石蜡Pickering乳液的相变焓值约为56.6 J·g^-1，在测试的温度范围内（30~70℃）的平均表观比热容为6.08 J·g^-1·K^-1，是纯水的1.45倍，具有良好的储热性能。

以1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和硼酸为前体，通过溶胶-凝胶法制备了硼掺杂的二氧化硅（B-BTESE-SiO₂）杂化膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等系列表征手段对合成溶胶及膜的结构和形貌进行了分析，结果表明：硼元素成功掺杂进入SiO₂骨架中，形成了水热稳定的B—O—Si键，能明显影响膜表面的微观结构、亲疏水性、膜孔径大小从而提高膜的脱盐性能和稳定性。当溶胶中的H₃BO₃/BTESE比为0.25时所优化制备SiO₂膜的亲水性最强，脱盐过程中活化能最低，传质阻力最小，膜孔径约为0.61 nm，故表现出最佳的脱盐性能。在60℃以3.5%（质量） NaCl溶液为进料液时，该膜的水通量高达16.5 kg·m^-2·h^-1，盐截留率近乎100%，并且表现出优异的长时间稳定性（>168 h）和高浓度盐水溶液[4.2%~15.0%（质量） NaCl]脱盐性能，在海水淡化和高盐废水处理等领域具有潜在的应用前景。

为实现不完全维修条件下的安全关键设备可靠性评估，针对传统可靠性评估模型未考虑多个故障样本间存在的数据差异问题，以及模型参数求解复杂的问题，提出了一种混合Kijima Ⅰ虚拟役龄模型。首先通过累积故障强度函数对时间图描述系统的故障趋势，根据AIC、BIC信息准则选取合适的可靠性评估模型，利用非线性约束规划法转换得到不完全维修下的分布参数估计值。随后针对不同故障原因造成的多类别样本故障数据，考虑故障数据间的差异性，建立了混合Kijima Ⅰ模型。将该模型应用到某LNG接收站卸船系统中，实例分析表明，该模型在实际可靠性评估中比常用的混合样本分布模型更加有效，有助于实现差异化维修和设备高可用性之间的平衡。