近年来，以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的重要组成部分，大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的重要研究方向。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢（HER）能力的关键因素。镍基过渡金属磷化物是一类重要的非贵金属电解水催化剂，其中磷空穴（P_v）的存在可以促进H^*的解吸，富集催化剂上的电子。同时磷的存在能够降低Ni—H键能，优化析氢活性。这类催化剂不仅在强碱性溶液中，而且在强酸性和中性介质中均具有优异的性能。以镍基磷化物催化剂为基础，介绍了电解水制氢原理及相关催化剂类型，并总结了镍基磷化物中镍、磷物种分别在电解水中的作用机制，可为后续高效镍基电解水催化剂的开发提供一定的理论指导。另一方面，根据镍基磷化物催化剂的制备方法，归纳了镍基磷化物催化剂的制备影响因素，并总结出调整其催化活性的基本策略，包括掺杂金属和非金属元素、制备多金属镍基磷化物以及构建由其他过渡金属磷化物组成的多组分异质结构等。最后讨论了镍基磷化物催化剂在电解水制氢过程中的研究进展，对提高镍基磷化物电解水制氢的催化效率和稳定性提出了一些建议。

系统探讨了CO₂水合物在海水环境中的热力学和动力学，特别关注盐度对水合物形成和稳定性的影响。通过综合分析现有文献，讨论了海水的温度、压力、盐度等因素对CO₂水合物的形成和稳定性的影响。阐述了几种常见的盐水体系下CO₂水合物的相平衡条件模型，总结了海水环境CO₂水合物形成速率与稳定性的影响，归纳出不同盐离子对CO₂水合物形成的抑制作用。最后，对近年来海水CO₂水合物封存进行评估与总结，指出目前主要问题在于海水海泥体系中CO₂水合物研究还不够充分，未来研究方向应主要围绕海泥作为多孔介质可以替代水合物形成促进剂展开，以期为CO₂水合物海洋封存技术的工业化应用和CO₂水合物的研究提供参考。

电池热失控是制约电动汽车和新型规模储能发展的瓶颈，了解电池热失控诱因以及采取相应的应对策略对于提高电池安全性至关重要。首先简要介绍了电池热失控的诱因以及热失控机理；从电池内部热管理和电池外部热管理两个方面重点综述了锂离子电池热管理研究进展。在电池内部关键组件改性策略上重点介绍了正负极材料改性、电解液体系优化和隔膜改性等；在电池外部热管理系统研究上主要介绍了空气冷却、液体冷却和相变材料冷却的三种方法。综合分析表明，电池内部组分是电池产热和抑制热失控源头，减少电极产热并提高材料热稳定性、电解液中引入功能添加剂及开发固态电解质、提高隔膜热稳定性及开发阻燃功能等策略有助于提高电池本身的安全性；通过液体冷却以及结合相变材料冷却的电池热管理系统及时散热和维持电池在适宜温度中安全运行同样重要。

随着氢燃料电池产业加速发展，其低温余热（约70℃）利用成为了亟需解决的问题，而传统的LiBr/H₂O工质对的发生温度过高，无法利用较低品位的热能以及低温下易结晶，因此提出了新型低温工质对R1336mzz（Z）/TEGDME，并进行了饱和蒸气压、密度、黏度、比热容的测量，通过NRTL模型计算了其混合焓和比焓。使用最小二乘法对以上数据均进行了回归，实验值与拟合值的相关系数的平方均大于0.999，吻合较好，可使用拟合公式进行新型低温工质对的余热制冷热力循环的设计计算。相较LiBr/H₂O工质对，低温工质对R1336mzz（Z）/TEGDME的发生温度降低了约12℃，黏度降低了约30%，可以利用低温燃料电池余热制冷，具有很强的实际应用意义。

单分散性液滴在食品、化工、能源、医药和材料等领域均有广泛的应用，而现行方法及装置难以兼顾高单分散性和高效率制备。为此，提出了三维分形流道集成方法实现共轴流通道对等高密度集成，并采用简易方法构建了单级和双级三维分形共轴流通道集成装置；在此基础上实验研究其液滴生成特性及尺寸分布规律。无论稳定模式还是过渡模式的液滴生成，单级4通道与8通道均保持了单通道生成的液滴特性，而生成效率分别提高至单通道的近4倍与8倍。双级16通道在4组流量下制备的液滴单分散性好，变异系数均在3.5%以内；但生成效率提高到单通道的近16倍。可见三维分形集成共轴流通道结构能够在保持制备液滴单分散性的同时提升制备效率。

提出采用磁性示踪颗粒和磁阻传感器构建颗粒示踪测量系统，系统研究了磁性颗粒示踪实验系统的组成、测量原理、误差分析及影响因素，并指出其优缺点和适用范围。研究发现在地球磁场和颗粒磁场耦合环境下，磁性颗粒和传感器系统依然具有较好的示踪效果。基于磁场感应定律建立颗粒空间位置搜索算法，可以获得颗粒运动轨迹，并获取单颗粒运行方向、运动速率、循环频率等流化参数。磁场测量受影响因素较多，未来还需要高磁性材料的研发以及测量器件敏感度的提高。通过对喷动流化床内环隙区高密度示踪颗粒运动循环时间的测量和分析，证明了测量方法的可靠性。该研究有助于后续包覆过程放大中流化床反应器的设计及优化，是高密度颗粒流化床包覆技术值得进行的研究方向。

密闭空间的颗粒沉积的精密预测在环境和工业领域具有至关重要的意义。本研究的重点是通过修正矩量法中的沉积核函数，使得粒子沉积核函数更加接近精确值从而增强预测模型的准确性。首先，通过引入线性算子修正了坎宁汉滑移系数，使得过渡区沉积核函数更接近精确解。然后，基于对数正态尺寸分布理论，采用矩量法（MOM）建模气溶胶粒子的沉积模型，并对过渡区尺寸范围的粒子的分布结果进行预测。最后，对比了修正解、传统矩量法解、解析解及精确解，结果表明：矩量法修正解在颗粒数浓度、平均几何标准差和颗粒尺寸分布方面表现出更高的精度。在粒子的过渡区尺寸范围内，与传统矩量法解相比，修正解的颗粒数浓度相对误差降低了43.43%。最后通过文献中的实验数据进一步验证了过渡区内沉积核函数的修正效果。

磁铁矿是矿物加工领域直接还原铁的重要原料，流化床直接还原磁铁矿因具有显著降低碳排放、高效传热与传质、高速反应等优势而广泛应用于冶金行业。基于多阻力网络的未反应缩核模型，采用粗粒化CFD-DEM-IBM（计算流体力学-离散单元法-浸没边界法）耦合方法模拟磁铁矿在氢气气氛中的流态化还原过程，考察了不同的粗粒化率对颗粒、气体流动以及反应特性的影响。模拟结果表明，当粗粒化率不大于4时，粗粒化系统和真实系统中颗粒整体的还原特性接近，但气体、颗粒的局部流动特性存在差异。当粗粒化率为3时，计算精度在可允许的范围内，并能显著降低计算量。

作为一种高效的传热形式，蒸汽冷凝有效应用于石油化工、火电核电、海水淡化及热能管理等工业领域，具有广泛的应用背景，其中研究液滴分布特性是分析液滴演变及传热过程的关键。基于成核、生长、脱落等液滴行为演变构建了滴状冷凝全过程演变及传热数学模型，总结演变进程中最大液滴的位置分布规律和不同尺寸液滴的数量分布规律，展示了竖直及弯曲疏水壁面上的液滴分布特性，为冷凝强化换热提供相应的理论依据。

超长重力热管作为一种新型单井换热技术，在地热资源的开发利用上具有广阔的应用前景。热管的快速启动是高效稳定运行的基础，然而，目前对超长重力热管启动特性的研究仍处于起步阶段。利用长40 m、内直径为7 mm、长径比为5714的水工质超长重力热管可视化实验平台，研究了超长重力热管的启动过程，并分析其影响因素。结果表明，热管的启动形式随加热功率和注液高度的变化，主要分为温度渐变型、平稳过渡型以及温度突变型。随着加热功率从100 W增大到500 W，管内气液相变速率提高，启动温度从约43.5℃升高至81.4℃，热管启动时间总体减少约51%；当功率从200 W增至300 W时，管内开始出现明显的间歇沸腾现象，气液逆流阻力增大，热管启动时间不减反增；加热功率继续增大后，启动时间减少。在固定加热功率条件（300 W）下，随着注液高度从6 m增大到15 m，热管启动时间从6455 s先减少到3354 s后增加到4575 s，且当注液高度为9 m时，热管启动时间最短（3354 s）。当注液高度为3 m，加热功率增大至300 W时，出现大量冷凝液被卷携至绝热段上方和冷凝段的现象，导致蒸发段局部干涸，热管难以稳定运行，最终启动失败。实验进一步发现，在相同的加热功率和注液高度条件下，缩短热管蒸发段长度可有效减少启动时间（减少约56%），提高启动温度，使蒸发段温度变化更加平稳。

多维粒数衡算方程（MPBE）描述颗粒过程中两个或两个以上内在变量的粒度分布情况。由于大多数PBE缺乏解析解，通常需要采用计算昂贵的高阶或高分辨率（HR）方法来获得精确的数值解。如何高效、准确地获取数值解是其面临的挑战。针对以上问题，提出一种结合维度分裂的改进的高阶紧致差分（HOCD）方法，该方法能够使数值解具有四阶精度。采用维度分裂方法将多维问题分裂为几个一维问题，将分裂后的一维方程在时间和空间上进行离散，得到HOCD的三对角格式，并通过Tomas算法进行求解。在某些情况下，还进行了变量代换。除此之外，利用von Neumann稳定性分析方法证明了其稳定性。与HR方法相比，HOCD具有更高的计算精度和效率，且无严重的数值扩散。多个数值模拟证明了该方法的有效性。

喷雾冷却能够满足高性能芯片、动力电池等电子设备热管理需求，但是振动环境下喷雾参数对传热的影响尚不明晰。搭建了一套封闭式喷雾冷却试验系统，使用低沸点电子氟化液HFE-649作为冷却工质，研究不同振动条件下喷雾流量及喷雾角度对喷雾冷却换热性能的影响。结果表明，喷雾冷却的临界热通量（CHF）均随着频率和流量的增加而增加，在低频大振幅工况下喷雾冷却CHF增强得最为明显，相比高频低振幅工况提高了18.8%，喷雾角度为75°时在各个振动工况下具有最佳换热能力。利用无量纲分析法拟合喷雾冷却换热关联式，95%以上的试验数据点落在±12%的误差范围内。拟合结果良好，可为喷雾冷却应用于电池热管理提供理论参考。

甲烷化学链重整是新型低碳的制氢技术，载氧体还原特性是决定化学链重整制氢产率的关键因素。重点探讨了不同比例Sr掺杂对LaFeO₃还原特性的影响，通过表征FeO₆八面体畸变和表面氧形态分析了Sr掺杂对氧空位浓度、晶格氧传递的作用。La_0.8Sr_0.2FeO₃具有明显的FeO₆八面体畸变，表现出最低的晶格氧还原温度750℃，恒温还原中La_0.8Sr_0.2FeO₃的最大失重量为LaFeO₃的2~3倍。动力拟合计算发现La_1-x Sr _x FeO₃的还原过程均受成核核增长模型控制，同时受自催化模型影响，4种载氧体中，La_0.8Sr_0.2FeO₃表现出最低的表观活化能。La_0.8Sr_0.2FeO₃在水蒸气氧化实验中的增重速率约为LaFeO₃的4倍，并且在20周期循环后保持原有物相不变。La_1-x Sr _x FeO₃化学链重整与多周期稳定性的研究为甲烷化学链重整制氢材料选择和工艺优化提供了技术与数据支撑。

基于对丙烯高温氯化反应特性分析构建理想（IR）反应器模型和计算流体力学（CFD）反应器模型，并对反应动力学模型和反应器模型的准确性进行验证。以丙烯流量、氯气流量、丙烯预热温度、反应器体积作为决策变量，分别采用单目标算法和多目标优化算法对决策变量进行优化。结果表明多目标优化算法结果较好，更趋向于全局考虑，得到的5个决策参数分别为F_{\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}} = 0.1 mol/s、F_{{\mathrm{C}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}} = 0.6 mol/s、T_preheat = 347.0℃、V_CSTR = 0.0425 m³、V_PFR = 0.0173 m³，氯气与丙烯转化率分别为100%、17.26%，3-氯丙烯选择性为97.177%，出口温度为471.23℃。构建的IR反应器模型经多目标优化得到的反应参数及结果相比目前国内外工业数据具有较大优势，在反应器设计方面，丙烯/氯气摩尔比、物料预热温度等反应参数对工业应用具有理论指导意义。

采用磁性羰基铁颗粒作为载体，负载纳米TiO₂制成复合光催化剂，并对复合催化剂表面进行疏水亲油改性，制备得到具有疏水亲油特性的负载型纳米TiO₂复合光催化剂。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）和紫外-可见光谱仪（UV）等，表征了复合催化材料的晶相组成和微观形貌，评价了催化材料的疏水亲油性能、磁回收性能，对比研究了普通沸石负载型TiO₂催化剂和疏水改性羰基铁负载型TiO₂催化剂对三种石油烃污染物降解效果，并进一步考察了催化剂加载量和循环使用对石油烃降解效率的影响。结果表明，疏水改性羰基铁负载型TiO₂催化剂具有疏水亲油特性，可使得非极性石油烃类污染物能更好地与催化材料的活性位点接触，且由于催化材料颗粒具有磁性，在磁场作用下易于回收；新型催化材料对水中的石油烃类污染物具有更好的降解效率，常规TiO₂/沸石催化剂的光解效果对污染物的最大去除率为75%左右，而TiO₂/改性羰基铁的最大去除率可以达到95%，且降解速率更快，随着催化剂浓度的增加，降解效果提高，但当浓度进一步增加至4 g·L^-1时，降解效果下降；在重复使用过程中，复合光催化材料活性降低不明显，说明复合催化材料的稳定性较好。

为了探究“吸附-膜”法从盐湖卤水中提锂的可行性，采用NF270纳滤膜对从卤水得到的硫酸型解吸液中的锂镁分离开展了实验研究和“浓缩-渗滤”模拟计算。首先，测定了NF270膜的基本结构和分离特征，初步确定了压力和pH对Li₂SO₄和MgSO₄单盐溶液的体积通量及截留率的影响。其次，探究了NF270膜对Li₂SO₄/MgSO₄混合溶液的分离效果，结果发现中性条件下NF270纳滤膜对\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}的静电排斥效应较强，导致对Li⁺和Mg²⁺的截留率均较高，只有降低pH到等电点以下，才能实现分离；且相对于锂离子摩尔分数（x_{\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}}），pH对于锂镁分离性能影响更明显，当x_{\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}}为0.40、pH达到1.7时，分离因子可达到10以上。接着，研究了NF270膜对加入其他离子的模拟解吸液中的锂镁分离性能，发现Na⁺、K⁺和Ca²⁺等由于浓度较低，基本不影响膜的锂镁分离因子，且可以同时实现对Ca²⁺和Mg²⁺高截留，降低了后续处理中的结垢风险。最后，基于模拟解吸液的组成和截留率，对含有0.023 mol/L MgSO₄和0.125 mol/L Li₂SO₄的混合溶液进行了预浓缩-连续恒容渗滤过程的模拟计算，得到料液中的Mg²⁺和Li⁺浓度分别为0.20 mol/L和0.66 mol/L，透过液中的浓度分别为0.0025 mol/L和0.17 mol/L，此时Li⁺回收率可以达到75%，证实了通过纳滤渗滤过程实现解吸液中锂镁分离的可行性。

设计了一种填充LaNi_4.3Al_0.7的流通式金属氢化物反应器，用于从含0.1%CO和39.9%CO₂的混合气中分离提纯高纯氢，并系统实验研究了温度、压力等参数对装置分离纯化性能的影响。结果表明，吸氢过程中换热介质最佳温度约为120℃，旨在平衡高温下强抗中毒性和低温下强反应驱动力；混合气氢分压0.84 MPa被确定为较优工况。此外提出自产氢气吹扫以去除杂质并通过实验测试其性能，相比外加纯氢吹扫（主要通过黏性流促进杂质分离），自产氢气吹扫去除杂质效果更佳，其机理在于强化杂质表面脱附及分子扩散。通过自产氢气吹扫最终氢气纯度可达99.999%，氢气回收率达77.6%，展示了金属氢化物吸收分离法在氢分离提纯领域的广阔应用前景。

针对结晶模型中动力学模型参数和操作参数的不确定性，以间歇冷却结晶过程为研究对象，考虑了基于粒数衡算模型的三种简化结晶过程，评估了参数对产品晶体尺寸分布（CSD）和细晶形成的敏感性。在确保修正Morris筛选法和PAWN法收敛的情况下，分别定量分析了12个参数对晶体生长（CG）、晶体生长-成核（CGN）和晶体生长-成核-溶解（CGND）三种结晶过程模型有关产品指标的局部与全局敏感性，并进行了参数敏感性排序。结果表明，对于不同复杂度的模型情况，参数的敏感性有所不同。针对产品CSD，参数μ、C₀、b和m₀在CG和CGN中表现出显著敏感性，参数在CGND中不敏感；针对细晶，参数b、g和C₀在CGN中表现出显著敏感性，参数C₀、T₀、g、b和μ在CGND中表现出敏感性。通过敏感性分析法可以对不同结晶过程筛选出最重要的扰动参数，这将有助于指导鲁棒优化设计中选择需要考虑的模型误差和操作条件扰动。

以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和N，N-二甲基乙酰胺为主溶剂（DMAC）、环糊精（CD）为助剂，复配获得萃取剂DMF+CD（DMFM）和DMAC+CD（DMCM），同时以正己烷和环己烷模拟链/环烷烃混合物，实验测定了常压和283.15~303.15 K下正己烷+环己烷+DMFM和+DMCM液液相平衡（LLE）数据。借助分配系数和选择性，评价了两种复配萃取剂对链/环烷烃混合物的分离效果，并进一步实验测定了复配溶剂的黏度以考察其流动性。结果表明：复配萃取剂对环己烷的选择性随萃取剂中CD含量增加而增加，且选择性DMFM<DMCM，分配系数DMFM<DMCM；复配萃取剂的黏度同样随CD含量增加而增大，且DMCM>DMFM；实验LLE和混合物黏度数据分别由NRTL和VTF模型进行关联，获得了新的模型参数。研究结果可为石脑油中链/环烷烃分离及过程设计提供基础数据及理论支撑。

为强化2-噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA）萃锂体系的性能，分别制备了以三烷基氧化膦、磷酸三丁酯、邻菲罗啉3种协萃剂配伍的聚氯乙烯基二元复合萃取膜（PT-PIMs），用于研究电场强化的膜萃取提锂技术。考察了膜相组成和操作电压对Li（Ⅰ）传质性能的影响规律，结合表面红外和扫描电镜对PT-PIMs的表征结果，初步探索了PTC-PIM-Li（Ⅰ）电膜萃取机制。研究表明：在PT-PIMs体系中，HTTA通过烯醇化结构与Li（Ⅰ）形成离子型配合物，在PT-PIMs中起主萃作用。3种协萃剂通过对HTTA的去质子化协同传质，并因协萃剂的碱性及塑化能力的不同而导致3种PT-PIMs对Li（Ⅰ）的传质能力不同。Li（Ⅰ）在膜界面的传质机制为“离子交换-中和”，外加电场通过强化TTA-Li（Ⅰ）配合物解离而促进传质，但同时会受限于PT-PIMs膜界面的化学反应速率。经煤油改性后的PT-PIMs-Li（Ⅰ）体系在四次循环后Li（Ⅰ）的渗透速率下降率<21%；在料液相 Li（Ⅰ）∶Na（Ⅰ）∶K（Ⅰ）质量浓度比为20∶20∶20时，PT-PIMs体系分离因子S_{Li(Ⅰ)/Na(Ⅰ)}和S_{Li(Ⅰ)/K(Ⅰ)}分别为8.41、4.88、3.88和7.99、4.64、3.81，显示了Li选择性分离能力。

可再生甲醇是实现可持续发展目标的重要途径之一。可再生能源的波动性和间歇性导致二氧化碳加氢制甲醇过程工况频繁波动。为了适应可再生能源的波动，甲醇生产系统的灵活性亟需提升。提出一种可再生甲醇生产系统操作窗口调控策略，通过在工艺条件和操作约束下设计分析关键设备的操作窗口特性建立设备数据库，并通过瓶颈设备识别与替换实现对生产系统中关键设备集的优化选择，有效调控和扩大生产系统的操作窗口。研究表明，所构建的甲醇生产系统操作窗口调控策略可以实现最大化生产系统操作上限、最小化生产系统操作下限和最大化操作窗口范围三个目标，以有效调控操作窗口，并依据给定的操作窗口需求确定最优的设备组合及设计方案，从而为适应可再生能源波动的甲醇生产系统柔性提升提供计算依据。

故障预测可以指示变量的异常变化，提前预测故障情况。现有故障预测方法仅考虑完整序列的全局时间依赖关系，忽略了变量间依赖关系及采样子序列中不同的局部时间依赖关系。针对上述问题，提出了一种基于多采样序列特征提取网络（multi-sampled sequence feature extraction network，MSFEN）的故障预测架构。首先设计了一种批次联合嵌入机制，在考虑批次周期性的同时更好地表达变量间依赖关系。然后，开发了一种序列采样机制划分完整时间序列与不同尺度的采样子序列。之后，分别设计了翻转平滑Transformer与卷积交互提取模块，以全面地提取多尺度时间依赖关系与变量间依赖关系。最后，融合多采样序列特征获得最终的编码特征，通过前馈层实现故障预测。利用青霉素发酵过程进行实验，结果表明该方法具有良好的故障预测性能。

安全联锁系统（SIS）在防止化工装置发生危险事故方面发挥着重要作用，但由于复杂的工作环境，SIS执行机构不可避免地受到老化退化以及外界需求冲击的影响，造成传统可靠性模型中的恒定故障率假设不再适用。为此针对具有非恒定故障率的执行机构，基于失效模式以及失效机理，考虑退化过程的时变特性，引入退化速率加速因子、退化突增量系数以及时变硬失效阈值，提出了N取K结构（KooN）通用的退化、冲击相互依赖竞争失效模型DCFP-TVC，并将该模型应用于风力发电制氢氧纯度联锁回路。实例表明，相比恒定故障率模型、其他竞争失效模型，所提模型可有效解决非恒定故障率执行机构可靠性分析精度低的难点，并且以重要退化参数进行灵敏度分析，说明其对可靠性、失效时间分布的影响效果，提出调整验证测试间隔的建议，实现执行机构非周期检测的风险管控。

化工过程数据的动态性和非线性等特性常使传统的软测量方法难以准确提取数据的动态和非线性特征，从而影响关键质量变量的预测精度和系统整体的控制优化。因此，提出了一种融合多头自注意力机制的长短期记忆网络（multi-head self-attention mechanism long short-term memory network，MHSA-LSTM）的软测量建模方法。首先，利用LSTM充分挖掘数据的时序特征，以便提取化工过程数据的动态变化信息；其次，使用多头自注意力机制对LSTM 隐藏层的输出特征进行加权，可有效地捕捉不同尺度特征向量的长期相关性，且能提高模型的长期记忆能力；然后，将提取的特征向量与其对应的特征权重相乘得出加权结果输入全连接层，可有效地提高关键质量变量预测的精度。对所提方法在脱丁烷塔过程和硫回收单元进行仿真验证，结果表明所建模型的预测精度优于门控循环单元、LSTM以及融合自注意力机制的LSTM软测量模型。

热-质交换网络是系统工程中的重要领域，对质量交换子网络中贫流股进行处理可以有效回收传质过程中的多余热量，实现高效传质传热。目前的同步优化模型没有考虑到贫流股旁路对热-质交换网络的结构和年度综合费用的影响。因此，通过对质量交换子网络和热交换子网络的耦合关系分析，提出了基于旁路变换的内部贫流股间歇性换热策略来改进节点非结构模型。一方面，将具有单一换热性质的贫流股切割为多重换热流股，从而使热-质交换网络优化具有更丰富的结构；另一方面，贫流股旁路位置的不同也会影响优化效果。此外，由于该数学模型的求解域宽，直接求解的计算难度大，所以强制进化随机游走算法被用以求解该模型，其接受差解机制保证了全局搜索能力。采用所提出的同步优化方法对热-质交换网络算例进行优化，结果表明通过贫流股旁路位置变换获得了新的网络结构，增强了结构多样性；并且通过结构变异带动了年度综合费用的降低。这种方法对于节能减排的进一步推进具有重要意义。

为解决城市污水处理过程出水氨氮浓度难以实时精准测量的问题，构建了一种融合卷积层和注意力机制的长短期记忆网络（convolutional layer and squeeze-and-excitation attention mechanism based long short-term memory network，CSA-LSTM）模型。首先，通过引入卷积层（convolutional layer，CL）深度提取数据中的非线性特征，并通过注意力机制（squeeze-and-excitation attention mechanism，SEAM）自适应分配特征通道的权重，实现特征解耦；其次，长短期记忆网络（long short-term memory network，LSTM）提取时间序列数据长期依赖关系，实现出水氨氮浓度的实时预测；然后，提出一种具有自适应采集函数的贝叶斯优化算法，实现模型参数优化，进一步提高模型精度；最后，基于基准实验和实际污水处理厂数据测试CSA-LSTM的有效性。结果表明，模型具有较高的出水氨氮浓度预测精度，能够有效应对城市污水处理中数据的强非线性、耦合性以及时间依赖性问题，具有良好的泛化能力。

开启式船舶艉轴密封因其优异的开启性能使得艉轴密封实现了长寿命高效运转，但因唇体结构设计不合理导致唇口磨损严重。以开启式艉轴唇形密封圈为研究对象，建立唇形密封数值分析模型，分析开启式艉轴唇形密封的密封性能，采用响应面法对唇体结构进行多目标优化分析，进行唇形密封试验。研究结果表明：唇口过盈量对唇形密封开启性能和寿命影响最大，其次是弹簧径向力、前唇角和后唇角；在多种力载荷作用下，反吹气体压力至少大于工作压力的1.3倍时，唇口开启。对开启式艉轴唇形密封合理设计唇口结构参数，通过实现动态调节反吹气体压力，可有效减少唇口磨损并极大改善密封性能，并降低唇口开启对转速的依赖。 优化参数组合为：唇口过盈量1.5 mm、弹簧径向力70 N、前唇角45°、后唇角40°，通过合理地优化结构设计，综合唇口减磨性能提升明显，且唇口寿命提升173％。

α-红没药烯是一种主要存在于红没药、柠檬等植物精油中的倍半萜化合物，因具备多支链、环状结构，其烷化产物红没药烷可作为航空燃料替代品，受到了国内外的广泛关注。以酿酒酵母为底盘细胞来合成α-红没药烯是一种绿色、可持续的备选生产方式。本研究在强化甲羟戊酸（mevalonate，MVA）合成途径的酿酒酵母中表达来自北美冷杉的α-红没药烯合酶AgBIS，利用葡萄糖诱导型启动子P _HXT1 对支路鲨烯合酶及脂肪酸合成途径进行动态下调，进一步系统增强MVA途径多个基因表达，并对辅因子供应与乙醇利用途径进行强化，使α-红没药烯在摇瓶中的产量达到510 mg/L。在3 L发酵罐中，通过乙醇补料发酵使α-红没药烯产量达到16.5 g/L，为目前报道的最高产量。本研究为微生物细胞工厂高效合成α-红没药烯提供了有效策略。

2-(氧代吡咯烷-1基)-乙酸(2-OAA)是合成吡拉西坦的重要前体，在医药合成领域起着关键作用。然而，目前尚未对2-OAA的生物合成方法和机制进行研究。为了填补这一研究空白，首先根据相似反应原则对β-内酰胺合成酶进行筛选，得到了一种来自于Streptomyces fulvorobeus的酶(SfAsnA)，该酶可以在水相中合成2-OAA，其酶活达到109.8 U/g，总转化数(TTN)可达79.02。随后，对SfAsnA进行蛋白模型构建与底物对接分析，以确定底物在酶活性中心的结合方式。然后，对合成2-OAA的本底反应机制进行详细分析，确定了目标反应的化学合成机制和势能面。最后，对酶促反应机制进行研究，并通过对催化双联体(Y254和E288)进行突变验证，进一步确定了SfAsnA催化2-OAA合成的机制以及该双联体在目标反应中的关键作用，为酶法合成2-OAA提供了理论基础。

液氢因储氢密度高、安全性能好等优势，在氢能汽车领域受到了人们的重点关注，尤其在长距离、大规模运输过程应用。车载液氢瓶作为液氢燃料车的核心部件之一，其无损储存时间将直接影响整车的续驶里程。在车载液氢瓶管路结构设计中，管路与内容器连接处会存在较大的局部热流，其会对液氢瓶无损储存时间产生显著影响。通过建立三维数值模型，在总漏热量相同的前提下，研究了顶部、中间、底部三种局部大热流位置和均匀漏热条件对液氢瓶自增压过程中热物理场变化规律的影响。研究结果表明：均匀漏热和顶部、中间、底部三种局部大热流工况在1000 s内的平均增压速率分别为4.51、3.01、15.08和6.08 kPa·h^-1。由于顶部大热流工况下的增压速率最慢，中间大热流工况下的增压速率最快，因此在设计管路与内容器连接口位置时建议将连接位置设置于内容器顶部，以延长液氢瓶的无损储存时间。

使用Materials Studio软件建立并优化纤维素-水模型体系，利用LAMMPS软件对其进行水热过程的分子动力学模拟，研究水热体系内纤维素水热产物的演变规律及其水热反应机理。结果表明：温度是影响纤维素水热产物分布的重要因素。随着水热温度的升高，纤维素分解加剧，体系内水热固相产物相对含量急剧下降，固相产物的芳香性和热值增高，亲水性降低；重质焦油、轻质焦油的相对含量均先增加后降低，焦油二次裂解为小分子反应加剧；随着水热温度的升高，体系内CO₂和H₂生成量均持续升高，甲酸生成量呈先升高后降低的趋势，甲醛生成量差异较小。模拟结果亦表明H₂O分子主要以水合氢离子（H₃O⁺）的形式参与纤维素水热反应，随着水热温度的升高，体系中水分子的电离反应与纤维素的脱水反应均增强。纤维素水热机理分析表明水热过程中纤维素的解聚包括分解为葡萄糖和脱水为左旋葡聚糖两条路径，而葡萄糖单体重排异构过程中会经历烯二醇3种过渡态结构，不同的结构通过脱水、逆羟醛缩合等反应分别生成呋喃类和醇醛类等主要中间产物。对纤维素水热反应机理的分析可为生物质水热转化提供理论指导。

针对液氢贮箱建立了考虑仲-正氢催化转化（P-O）的变密度多层绝热/蒸气冷却屏（VDMLI/VCS）二维传热模型，详细分析VCS内氢气温度梯度对绝热系统的影响，从绝热性能和附加质量的角度对比VDMLI、VDMLI+单蒸气冷却屏（SVCS）、VDMLI+双蒸气冷却屏（DVCS）、VDMLI+SVCS+P-O和VDMLI+DVCS+P-O这5种绝热方案的综合性能。结果表明：SVCS的最佳布置区间为VDMLI厚度的42%~58%，DVCS内、外屏的最佳布置区间分别为VDMLI厚度的12%~28%和55%~72%；增加SVCS和DVCS结构，较VDMLI漏热热通量分别降低69.91%和74.50%，附加质量分别增加68.98%和137.97%；引入仲-正转化后，SVCS的最佳布置区间更靠近冷端，DVCS的最佳布置区间变化较小；仲-正转化的加入提高了绝热性能且附加质量增加极小，因此无仲-正转化的绝热方案不具有性能优势。短期、中期、长期在轨任务分别推荐采用VDMLI、VDMLI/SVCS/P-O、VDMLI/DVCS/P-O绝热方案。

污水处理好氧工艺中广泛采用柔性孔曝气调控水体溶氧量，降低微泡尺寸有助于提高水体氧利用率及微生物活性，强化好氧工艺处理效率。常规连续供气转换为脉冲供气可显著降低成泡尺寸，然而脉冲流态下柔性孔成泡机制尚不清楚。以脉冲气流-柔性孔成泡为研究对象，通过力学分析和光学观测结合分析了脉冲气流对柔性孔成泡过程的影响。研究结果表明，脉冲气流一方面强化气泡脱附动量力，同时引发柔性膜高频低幅振荡，促进了气泡提前脱附，另一方面抑制了气泡脱附后的纵向兼并，二者共同导致气泡尺寸降低。研究结果可为污水处理好氧工艺过程强化提供新的技术思路。

针对海水激活电池极板间电解液分布不均及电解液流量适配问题，提出一种新型仿生鹿角型流道结构，利用正交设计及计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）方法，研究多因素交互作用下海水激活电池内部电解液的流动特性，并对电解液流道优化进行研究。结果表明：对电解液流动特性影响最大的是流道数目，其次是电解液流量和流道偏转角；流道数目、电解液流量和流道偏转角的最佳匹配值分别是12个、200 ml/min和20°；对流道结构进行优化后，明显提升了极板间电解液的分布均匀性，调峰效率达到36.2%。研究结果能够为海水激活电池流道结构优化设计提供参考价值。

从废旧磷酸铁锂（LiFePO₄）动力电池中回收有价金属，实现其资源化利用是当前亟待解决的问题。提出磷酸-酒石酸混合浸出体系，对废旧LiFePO₄的全组分浸出回收工艺进行研究。通过单因素实验结果得到浸出条件的大致范围，再采用响应曲面法对不同浸出条件进行优化得到最佳浸出工艺。结果表明：在磷酸浓度为3.1 mol/L、酒石酸（TA）浓度为1.3 mol/L、液固比6.8∶1、搅拌速度500 r/min、反应温度65℃下反应5 h，Li和Fe的浸出率分别为97.55%和98.67%。实验结果表明，酒石酸可以与磷酸浸出释放的Fe³⁺进行络合，混合酸的协同作用几乎将废料中所有的Li、Fe都浸出到溶液中。通过调整浸出液中Li∶Fe∶P的摩尔比，采用喷雾干燥-烧结法合成再生磷酸铁锂（RE-LiFePO₄）。该工艺在整个回收过程中几乎没有废酸、废气排放，实现了废旧LiFePO₄的全组分绿色回收。

开发新型、高效、廉价的阳极材料，是解决微生物燃料电池（microbial fuel cells，MFCs）应用瓶颈问题的主要途径之一。使用简单生物质直接炭化法基于甘蔗秸秆制备了先进的生物质碳气凝胶（carbon aerogel，CA），并以此为阳极开发了高性能的MFCs。结果显示，得益于天然有序的三维孔结构保证了有效电活性和微生物可及面积，良好的导电性能和生物相容性，以CA-900℃为阳极的MFCs功率密度是二维相同体积碳纸MFCs的2.58倍。经过进一步的电氧化结合还原过程得到的活化生物质碳气凝胶（activated carbon aerogel， ACA）石墨化程度明显增大，导电率显著增强，分级孔结构得到进一步优化，其比表面积和孔体积分别是活化前的1.8倍和2.35倍。ACA-30min MFC的功率密度和库仑效率分别是活化前的1.11倍和1.33倍。这些结果将促进用于MFCs装置的低成本、高效率的生物质三维碳材料的开发，同时为污水净化、农业资源的循环利用开辟新思路。

采用耗散粒子动力学模拟方法研究由两性离子化合物（PCBMA）或聚乙二醇化合物（PEGMA）修饰的聚赖氨酸-聚乳酸共聚物负载KLA肽和阿霉素的自组装结构与药物负载和释放行为，探讨了共聚物嵌段比、共聚物浓度、载药浓度、离子强度对载药胶束自组装的影响。结果表明，相较于PEGMA体系，当嵌段比变化时，PCBMA体系始终具有良好的胶束结构稳定性，并且能在更宽的浓度范围内形成球形胶束。此外，随着载药浓度的升高，PCBMA体系载药稳定性强于药物偏心分布的PEGMA体系；随着离子强度的升高，其球形胶束结构形成加快。酸性pH条件下，PCBMA体系的药物释放过程符合“膨胀-解胶束化-释放”的机制，PEGMA体系的释放行为过快且不均匀。本研究可在介观尺度上为探究聚合物胶束对抗菌肽与抗癌药物的双重载药/药物释放提供参考，对优化开发载药材料具有一定的指导意义。

用单甲氧基聚乙二醇（mPEG）大分子引发剂引发2-丁烯氧基-2-氧代-1，3，2-二氧磷杂环戊烷（BenEP）开环聚合制备了嵌段共聚物mPEG₄₄-b-PBenEP₄₄，通过点击反应、酯化反应等聚合后改性方法，将二硫键与紫杉醇引入PBenEP链段的侧链，制备了一种还原响应性聚磷酸酯基紫杉醇前药mPEG₄₄-b-（PBenEP₃₄-g-SS-PTX₃）（PEBSP），其载药量为14.57%。PEBSP的自组装行为研究表明：PEBSP在水中能形成平均直径约为71 nm的球形纳米颗粒，其临界胶束浓度是60 mg∙L^-1；PEBSP球形纳米颗粒在正常条件下能稳定存在，在还原性介质中（10 mmol·L^-1谷胱甘肽）会因为二硫键断裂，可控、持续地释放药物紫杉醇。

磷烯是一种具有特殊结构的二维层状材料，在热电领域具有应用前景。采用第一性原理，结合密度泛函理论，通过与双层同向磷烯的对比研究了双层异向磷烯异质结构的热电输运性能。研究表明，磷烯的晶格热导率具有层数依赖性，层间范德华力使面外声子输运受到影响，声子群速度增大。由于晶体结构的对称性受到破坏，双层异向磷烯的声子散射增加，声子群速度降低，导致晶格热导率降低。温度在300 K时，双层异向磷烯的晶格热导率为{\kappa }_{\mathrm{Z}\mathrm{Z}}=113.251 W/(m·K)，{\kappa }_{\mathrm{A}\mathrm{C}}=32.315 W/(m·K)。增加磷烯的层数，会导致能带带隙减小，载流子的散射降低，其电输运性能提高。与单层磷烯相比，双层异向磷烯具有更高的热电优值，温度在800 K时在AC方向上N-type双层异向磷烯的热电优值可达2.336。研究结果可为相关热电材料的性能调控提供理论借鉴和参考。