CO₂直接空气捕集（DAC）技术相对于传统的固定源烟气捕集技术具有位置灵活、应用广泛等优势，但由于大气中CO₂浓度极低（仅为0.04%左右），DAC技术的高能耗成为阻碍其商业化的首要难题。聚焦吸附法DAC技术的能耗问题，先后进行理论分析和案例引证。DAC技术的CO₂分离理想最小功为19.64 kJ·mol^-1（温度298.15 K，捕集率50%，纯度95%），为同等条件下烟气捕集技术的3.5倍。再生温度393 K时变温真空吸附循环（TVSA）第二定律分离效率为22.75%。吸附、排空、再生、冷凝、压缩等过程主要通过机械能和热能推动。其中排空过程机械能仅占3%左右；冷凝过程热能可以通过回热循环回收；压缩过程机械能由目标压力决定，在部分研究中计入DAC能耗。吸附过程流动机械能受反应器压降主导，床层厚度减小和吸附剂有序堆积均能够改善流动损耗问题。再生过程热能占DAC能耗的主要部分，为50%~80%，再生温度、反应器与吸附剂的质量比、吸附剂对H₂O吸附性的强弱，均能造成热耗的成倍变化。在分析过程能耗的基础上，给出了吸附法DAC在反应器设计、循环方式及操作参数、自然环境及能量来源等方面的能耗优化建议。

液-液非均相反应广泛存在于石油化工和精细化工的各个领域中。由于液-液两相物理化学性质差异以及相界面的存在，其反应过程通常受本征反应动力学和传递过程的共同影响。因此，增强液-液非均相反应传递过程并使之与反应动力学相匹配，实现原料、能源高效利用一直是研究者们关注的热点之一。围绕液-液非均相反应与传递过程强化机理与应用，以硝化反应、脱氯化氢反应等典型非均相反应为例，结合反应动力学、热力学和传递过程基本特征，综述了传递-反应过程耦合影响反应选择性和时空产率机制，阐述了工业化应用面临的挑战及过程强化解决策略，进而从传递过程匹配反应过程出发，展望了液-液非均相反应过程强化发展方向。

喷雾冷却因具有散热能力强、工质用量少、接触热阻低等优点，已成为解决大功率电子元器件散热问题的有效途径。通过梳理喷雾冷却的换热机理及主要强化传热手段，指出了喷雾冷却技术目前所面临的挑战和瓶颈，以及未来的主要发展方向。首先，回顾了喷雾冷却过程中热量传递的基本形式，通过与其他散热方式进行对比，发现复杂的换热机理使得喷雾冷却在实现高热通量散热方面极具发展潜力。其次，详细介绍了喷雾冷却各类强化手段实验研究的最新进展，包括工质改性、表面处理、喷雾参数优化以及施加外部物理场等。随后，着重介绍了基于外加电场的新型静电喷雾冷却技术的最新研究进展情况。最后，对喷雾冷却技术后续在理论研究和工业应用中的机遇和挑战进行了探讨。

锂金属电池以其极高的理论能量密度被广泛认为是推动高能量密度电池技术革新最有前途的技术途径。针对不同的电解质体系（液态/固态），锂金属电池内部不同的应力状态与材料特性差异使得其所面临的核心挑战迥异。液态电解质中需要重点关注锂枝晶的不可控生长，而固态体系中则首先需要侧重于固-固界面的接触。系统综述了锂金属电池在不同电解质体系中，外部压力与内部应力如何共同作用于电池结构，进而影响其电化学性能与行为表现。通过深入剖析，分析了力学因素在促进电池性能提升中扮演的关键角色。最后，对当前锂金属电池研究领域内广泛采用的力学夹具技术进行了全面梳理与评估，总结了这些工具在实验研究中的具体应用与成效，旨在为锂金属电池技术的持续开发与商业化进程提供有力的技术支持与理论指导。

相变储能技术在促进波动性可再生能源消纳以及利用峰谷价差实现低成本供能等领域具有广阔的应用前景。由于大多数固液相变材料热导率低且相变储能系统中对流效应弱等因素，导致相变储能系统储热/释热速率慢，发展高效固液相变换热强化技术已成为该领域的研究热点。现有研究大多通过相变材料热物性调控、换热结构优化等被动式方法来强化固液相变换热，而基于外场扰动的固液相变换热主动强化技术相关研究较少。为此，系统综述了国内外基于外部磁场、电场、声场以及多场耦合等条件下固液相变主动强化换热技术研究的最新进展，分析了外场主动强化固液相变换热的原理、关键控制参数以及应用前景等，为发展基于外场扰动的固液相变主动强化换热技术提供了良好的科学借鉴和工程指引。

碱性膜燃料电池（AMFCs）因具备低成本及更快的氧还原动力学等特点备受关注。其中，作为离子传导介质和催化层黏结剂的碱性聚电解质是AMFCs中膜电极（MEA）的重要组成部分，其在高碱环境下的耐久性是保证AMFCs长期稳定运行的重要因素之一。综述了近些年针对碱性聚电解质耐久性的相关研究及其在AMFCs中的应用，分别总结了不同主链和阳离子基团对碱性聚电解质耐久性的影响机制，以期为碱性聚电解质分子结构的合理化设计提供参考。

木质素作为自然界储量丰富的芳香族高聚物，其结构中富含羟基、羧基、醚基等多种官能团，这些官能团可以使木质素通过简单温和的化学活化制备多孔炭材料，该炭材料通常具有较大的比表面积和多孔结构，有利于硫的负载和电解液的渗透。由于锂硫（Li-S）电池展现出高理论比能量、环境友好、成本低廉等优势，它被看作是超越锂离子电池能量密度极限的最有潜力的备选电池之一。本文综述了木质素基多孔炭的制备方法以及在锂硫电池中的应用，并对木质素基炭材料的未来应用前景进行了展望。

针对湿法磷酸萃取-浓缩和尾气洗涤氟逸出过程，建立了H₂SiF₆-H₂O与H₂SiF₆-H₃PO₄-H₂SO₄-H₂O体系热力学平衡下的氟元素气液分配比，模型预测误差在20%之内。基于热力学分析，降低尾气洗涤温度，可增加传质推动力，有利于提高氟吸收传质速率和产出高浓度的氟硅酸溶液，但冷凝水增多，加大了系统水平衡压力。在氟吸收循环回路串联无泵循环闪蒸浓缩氟硅酸的单元操作，设计并实施了7.5万吨P₂O₅/年WPA尾气减排与资源化利用项目，用低温、高浓度氟硅酸逆流吸收并冷却尾气低于323 K，使含氟尾气过饱和冷凝，既强化尾气氟化物吸收，又避免硅胶颗粒结块丧失流动性，使尾气氟含量≤2 mg/m³，尾气氟回收率≥99%，尾气总量减排20%以上，氟硅酸产品H₂SiF₆≥18%（质量），提供了一个湿法磷酸含氟尾气高效资源化利用的工程范例。

为了实现碳捕集、利用与封存条件下CO₂管道输送流量的准确测量，在液相为连续相的CO₂气液两相流工况下，基于虚高模型提出了一种利用文丘里管收缩段和扩张段差压比值的气液两相CO₂流量测量方法。通过理论分析与实验验证，揭示了差压比值与Lockhart-Martinelli（L-M）参数及液相虚高之间的对应规律。针对经典模型存在的问题，提出了一种使用迭代方法计算液气质量流量比的模型，实现了CO₂气液两相流分相流量的准确测量。在管道压力为4.9~5.2 MPa，温度为14~17℃，液气质量流量比在8.78~28.85的条件下，总质量流量测量相对误差优于±2.3%，液相流量相对误差优于±2.2%，气相流量相对误差优于±6.3%。结果表明基于双差压模型的文丘里流量计为气液两相CO₂流量测量提供了一种简单可靠、经济实用的解决方案。

气泡碰撞现象在多相分散过程中通常起着关键作用，影响着气泡尺寸分布和流场结构。气泡碰撞过程包括气泡相互靠近和液膜排液减薄两个子过程。然而，现有模型在预测气泡碰撞，特别是反弹现象时存在不足，主要源于对液膜区域以外表面变形的忽略。而碰撞引起的表面变形可能会促使一部分系统动能转化为表面能，在一定程度上加快系统动能的消耗。通过将表面变形导致的表面恢复性作用力引入气泡相互靠近的力平衡方程中，发展了一个耦合靠近-减薄过程的改进模型。结果表明，相较于传统模型，改进模型能更合理地预测气泡碰撞的结果。

为探寻基于氦膨胀制冷的氢液化流程中正仲氢转化耦合流动换热特性，采用CFD数值模拟方法，以四股流板翅式换热器为研究对象，研究了氢气在填料微通道内的正仲转化反应和流动换热性能，分析了催化剂粒径和孔隙率，氢气入口Re，低压氦气与氢气质量流量比m_r对流动换热性能及出口仲氢体积分数的影响。研究结果表明：孔隙率由0.3增大为0.7，换热增强因子TEF最大可以提升71.59%；粒径由390 μm增大至790 μm，TEF最大可以提升37.05%；选用较大孔隙率和催化剂粒径更有利于提升氢通道综合换热性能。氢气入口Re由1500减小为500，TEF最多可以提升147.96%，低Re运行工况的通道换热性能更优。当低压氦气与氢气质量流量比值m_r为6时，氢气在翅片通道内正仲转化耦合流动传热性能达到最优。研究结果可为大型氦膨胀制冷的氢液化系统提供理论指导。

转子旋流是动态强化纳米流体集热的有效方式之一。通过数值模拟分析了在密闭太阳能集热管中，两叶片转子的旋流作用及在旋流作用下辐照强度、纳米流体浓度对水基炭黑纳米流体集热性能的影响。结果表明：旋流作用可明显提高纳米流体集热性能，仅在单个转子作用下温升能提高33.81%；在转子数量研究范围内（0、1、2、4），纳米流体随转子数量的增多扰动翻转程度增大，集热性能、温度均匀性均有明显提升；旋流作用下，在辐照强度研究的范围内（500~1500 W·m^-2），水基炭黑纳米流体温升量与辐照强度呈线性正相关，辐照强度每增加100 W·m^-2，集热管内温升可提高2.7℃；在纳米流体浓度研究的范围内[0~0.010%（质量分数）]，纳米流体单位体积吸收的辐射量随浓度增加而增加，浓度变化不会影响集热管内温度分布的均匀性。本研究模拟了纳米流体在两叶片转子作用下的光热转换性能，为太阳能动态集热提供了新的方向。

为应对微电子设备日益增长的散热需求，对小通道热沉的流道布置进行了优化，规避了部分流动死区，减少了不必要的流动分支，进而得到了一种换热性能更优的交织方块耦合蜂窝状小通道。通过数值模拟的方法对小通道内纳米流体的流动与换热特性进行了研究，结果表明：改进后的热沉壁面均温降低了2.16 K，与水相比，质量分数为0.5%的纳米流体作为冷却工质时的Nusselt数提高了13.1%，热阻降低了12.4%，最佳工况下小通道整体的综合评价系数PEC达到了1.211。

提出了一种新型铝制、无风机、内置蓄热材料的直接冷凝式辐射板换热器（aluminum radiant heating panel exchanger，AHE），可与空气源热泵系统结合进行建筑室内冬季供暖。基于蓄热型直凝式辐射板的传热机理并考虑制冷剂流动对换热性能的影响，建立了适合AHE的流动换热模型，并通过实验验证了该模型的准确性。结果表明，散热量、压降、换热器表面温度的数值模拟结果与实验值平均偏差小于5%。针对168组运行工况下AHE的热性能进行了数值模拟，结果表明冷凝温度和制冷剂流量的提升有助于提高换热强度，同时冷凝温度的升高有利于降低流动损失。在168组工况中，AHE制冷剂和表面温度的平均温差为9.7℃，AHE各相邻结构层最大温差在铜管和水层间，为6.3℃。最后提出了适用于AHE热性能预测的散热量特征公式，为辐射板供暖系统性能分析和优化提供了技术基础。

管内插往复螺旋具有较好的强化传热及阻垢性能，通过实验系统研究了三种螺旋节距对总传热系数、污垢热阻、污垢层厚度的影响，并结合复杂流场条件下结晶垢的微观表征，对内插往复螺旋阻垢除垢原因进行深入分析。结果表明：在实验条件范围内，随管内溶液流速增大，当往复位移为一个节距时总传热系数稳定值较未结垢时仅降低3%，管内污垢热阻稳定值最大降幅为84%，污垢平均厚度小于0.1 mm，污垢微观形貌出现六方晶体及小颗粒致密晶体块，垢层已不能完整覆盖传热面，此时往复螺旋具有连续在线阻垢性能，螺旋线对污垢层剪切力大于其所能承受的最大剪切力是阻垢性能较好的根本原因。

旋转填充床（RPB）在强化反应、过程传质中存在巨大的潜力，但其内部复杂的流场研究仍然是一个挑战。研究流体运动对于探索传质过程至关重要，由于RPB运行需要处于高密封状态，所以限制了对RPB内部流场细节的捕捉，然而，计算流体力学（CFD）模拟为流场分析提供了有效途径。本研究提出了一种CFD模型用于研究RPB内部各个腔区的气相流动。采用多孔介质模型模拟填料区域，特别将离心旋转引入到阻力计算中，提出了一种结合转子转速的阻力系数修正方程。实验研究了不同转子转速和气体流量条件下的稳态运行过程，通过对阻力修正后的CFD模型进行迭代计算，得到了RPB的干压降，并作为关键性能指标，收敛压降值和实验结果的平均偏差仅为4.71%，最大偏差为12.24%，验证了CFD模拟的结果。基于验证后的理论模型，通过结合复式逆旋转子（CIR）结构，将内转子设置为1500 r/min，开展了进一步的转子性能研究。结果显示，RPB填料处的平均湍流动能最高提高到5.77倍，证实了结构优化在提升RPB传质和处理效率方面的可能性，为RPB强化化工行业环保设备的深入研发提供了理论依据。

开展超临界二氧化碳1.6 mm × 1.6 mm水平方形管道内受热条件下流动换热特性的实验研究。实验参数为系统压力7.4～8.4 MPa（相对压力p/p_cr = 1.003~1.138），质量流速500～1500 kg/(m²·s)，热通量100～300 kW/m²。分析了热工参数、浮升力和热加速效应对方管内换热特性的影响规律，根据换热曲线分布特性，将超临界CO₂流动换热分为类液相、类两相、类气相3个区域。实验结果表明：类两相区域时，在临界温度处平均壁温与主流温度的差值存在最小值，平均对流传热系数存在峰值。类气态区域内的换热性能较类液相区域相对减弱。浮升力使底部壁面换热得到强化，相比之下顶部壁面的换热较弱，流体热加速效应对本实验对流换热影响几乎可以忽略。通过引入表征浮升力效应的无量纲热通量q⁺，提出一个适用于方形微小通道超临界CO₂换热关联式，预测误差范围为+20%～-20%。

为提高压缩空气储能系统效率，提出将直接接触换热器用作再热器以充分利用系统压缩热。利用加压湿化器实验系统和空气-水体系，研究了加压条件下基于泡沫陶瓷板波纹填料的直接接触换热过程，分析了填料液泛特性，以及操作压力、水气比、进口水温、进口空气比焓等参数对体积传质系数和效能的影响。结果表明，填料体积传质系数随水气比增加呈增大趋势，随进口水温的升高呈减小趋势，而效能随水气比的增加呈减小趋势，随进口水温升高呈增大趋势。进口空气比焓对直接接触换热过程的影响较小。对压缩空气储能系统，直接接触换热工艺设计时，水气比宜取为1.0~1.2，操作压力宜取为0.3~0.4 MPa。

相比于纯SF₆气体，SF₆/N₂混合气体GIS设备发生放电故障产生的分解产物更为复杂，使SF₆/N₂混合气体的净化处理难度增加。研究SF₆/N₂混合气体分解产物的吸附净化方法对其净化处理具有重要意义。设计搭建了电晕放电分解产物吸附实验平台，对SF₆/N₂混合气体及其分解产物进行定量分析，基于分子动力学理论分析改性前的有机金属框架UIO-66及改性后的3种有机金属框架（UIO-66-12Ti、UIO-66-24Ti、UIO-66-36Ti），通过Monte Carlo模拟进一步分析了吸附热及压力对吸附能力的影响，并通过实验验证模拟分析结论。研究结果表明：改性前UIO-66对分解产物H₂S、SO₂、SO₂F₂、SOF₂气体的吸附率高于67%，对N₂O、CF₄气体的吸附率低于5%；改性后的3种有机金属框架对前述分解产物的吸附能力平均提高了41.02%，且对SF₆的吸附能力提升微小，几乎无显著变化，有利于分离回收，其中UIO-66-24Ti对CF₄、N₂O气体吸附能力最强，分别提高了86.55%和67.06%。改性后有机金属框架有利于SF₆/N₂混合气体中分解产物的吸附净化，为开发适用于SF₆/N₂混合气体分解产物的吸附剂提供了理论基础。

造纸污水处理过程易受生产工艺条件切换、原材料异质性等不确定因素影响，在行业号召减污降碳协同发展背景下，如何保障污水处理水质达标排放，并实现同步降低处理成本、能源消耗以及温室气体排放，是制约行业发展的重要问题。本文面向造纸污水处理动态不确定性提出了一种基于Kriging法以及高维模型表征（HDMR）的多智能体强化学习的污水多目标优化方法，采用基准仿真1号模型（BSM1）模拟造纸污水处理过程的生化和沉淀过程，基于生化代谢机理和数据融合建立面向污水处理过程温室气体排放量实时求解的Kriging-HDMR代理模型，通过将代理模型集成至强化学习建立基于“求解-决策-观察”动态优化污水处理过程的多智能体系统，得到了减污降碳协同多目标优化模型。研究场景结果表明，相较于开环系统，该动态优化系统可降低运行成本4.10%，减少能源消耗22.10%，减少温室气体排放10.30%，能够得到并维持有效的多目标动态优化控制策略。

实际工业生产中，过程变量间存在的时滞和采样率差异会降低建模质量，使得许多软测量模型无法适用。因此，提出一种基于时间感知模式注意力（time-aware temporal pattern attention，TTPA）机制和长短时记忆网络的软测量建模方法。首先，将高、低采样率对应的数据分别重构为短期和长期信息，采用时间感知模块将输入信息分解并考虑时间间隔特性，针对质量相关信息占比低的问题，设计非递增启发式衰减函数对短期信息进行加权，组合后获得长短期信息集成特征，降低因多采样率产生的数据缺失影响。其次，引入特征优化模块实现特征二维滤波，跨时间步解析多元时间序列中的时滞信息，获取更有效的质量相关特征。最后，搭建了基于TTPA的长短期记忆网络软测量模型。通过工业青霉素发酵过程和脱丁烷塔过程的应用仿真，验证了所提模型的有效性和优越性。

稀土元素组分含量在线检测是稀土工业过程控制的关键环节。针对现有单一颜色特征的软测量模型效果不太理想的问题，提出一种融合迁移学习残差注意力卷积网络的稀土元素组分含量软测量方法。首先，提取稀土溶液颜色和纹理等显性特征，同时考虑稀土图像隐性卷积特征和其他关键特征作为该模型输入量；其次，针对稀土溶液图像特征具有一维特性，设计融合多残差注意力块的一维卷积神经网络，有效改善模型网络梯度消失或梯度爆炸问题，使模型能根据特征贡献度为特征自适应分配权重并提高模型预测精度；接着，为充分利用产线各级溶液图像数据，减少样本数量采集，加入迁移学习策略，在源任务中积累模型知识，通过最大均值差异衡量源域与目标域数据的特征分布差异，确定迁移层级及参数，显著增强目标网络的训练效果；最后，基于现场采集的稀土溶液图像和化验数据进行仿真对比实验，结果表明所提方法的有效性。

面向污水反渗透给水预处理中超滤性能动态过程，提出一种基于训练质量的AdaBoost策略和基于Alopex进化算法的多模态神经网络机器学习方法。首先，构建了一类适用于任意分布的广义贝叶斯推断概率指标对超滤反渗透污水处理过程中过滤和反洗等多模态状态进行分类，然后使用基于Alopex进化算法和基于分布的AdaBoost集成策略的神经网络算法针对每一个模态过程分别建模，最后利用构建的每个模态的基于广义贝叶斯推理的概率指标，将多模态的多个模型集成。为了验证所提方法的有效性，将该方法应用到美国某社区采集的两年数据集中，结果表明该方法对膜阻力和反洗效率具有很好的预测性能，能够很好地预测预期水质变化性能。

对换热器的结垢状态进行精准预测，可以及时了解结垢程度，从而有针对性地实施清洁，对提高换热器使用经济性和生产安全性具有重要意义。利用卷积神经网络（CNN）与长短期记忆网络（LSTM）的模型集成对换热器污垢因子进行预测，采用大量换热器历史数据对所建立的CNN-LSTM模型进行训练，取得了良好的预测效果。与单一的CNN和LSTM模型及文献中的多层感知器神经网络模型（MLPNN）相比，所建立的CNN-LSTM模型具有准确性更高、稳定性更强的特点。在所展示的案例中，决定系数（R²）为0.98167，平均绝对百分误差（MAPE）为3.199×10^-3，不仅为解决换热器结垢问题提供了理论基础，而且为换热器安全运行与维护策略提供了更科学、精准的依据，有助于提升整个换热工段的经济性和生产安全性。

Allam循环是一种以CO₂为工质的高度回热的纯氧燃烧动力循环，被认为有望实现化石燃料的零碳发电。为准确评估Allam循环的热力经济性能，提出了一种全新的包含4个换热器的改进回热布局，对改进后的Allam循环开展了详细的热力经济分析，分析了主要操作参数和经济参数对循环热力经济性能的影响，以热效率（η_tot）和平准化度电成本（LCOE）为目标开展了双目标优化。结果表明，在燃烧温度为1150℃、透平进出口压力分别为30 MPa和3.4 MPa条件下，循环的η_tot和LCOE分别为51.9%和107.5 USD/MWh。回热器1和回热器3具有较高的投资成本，使得整个回热单元的总成本率位于第二位。燃烧温度对η_tot和LCOE均有较大影响，循环最大压力和透平排气压力具有相似影响，且主要影响循环的LCOE。容量因子对LCOE影响最大，其次为利率的影响。LCOE随着天然气价格的下降而线性降低，天然气价格每下降10%，LCOE降低约4 USD/MWh。η_tot和LCOE无法同时达到最优，在给定范围内，最优的η_tot和LCOE分别为52.3%和95.7 USD/MWh。

针对复杂化工过程非平稳性、事件驱动性导致的关键指标参数难以精确软测量的问题，提出了一种事件驱动的深度信念网络（event-driven deep belief network，EDDBN）软测量模型设计方法。首先，获取化工过程运行数据并搭建深度信念网络（driven deep belief network，DBN）模型，以数据驱动的方式对DBN模型进行训练，获得基于DBN的软测量模型。其次，根据DBN模型的训练误差变化特性定义事件，当积极事件发生时会加速当前模型参数的学习步长，当消极事件发生时会跳过当前数据样本并直接进入下一时刻的数据样本学习。这种事件驱动的选择性学习策略不仅能够有效地优化软测量模型训练过程，而且还能降低计算复杂度。同时，通过构造基于马尔可夫链的动态学习过程，分析任意连续两次事件对应输出性能势之差的有界性，给出了EDDBN训练过程的收敛性分析。最后，将EDDBN软测量模型用于湿法烟气脱硫系统二氧化硫（SO₂）浓度软测量实验，结果表明所提出的EDDBN软测量模型能够在非平稳运行工况下实现对SO₂浓度快速、精确地预测分析，并且计算复杂度在数据集①和数据集②上分别降低约63.83%和63.33%。

对聚乙二醇（PEG）进行末端溴化、酯化等聚合前改性，然后引发甲基丙烯酸-2-羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸N，N-二乙氨基乙酯（DEAEMA）进行原子转移自由基聚合（ATRP）反应合成含叶酸的pH响应共聚物P1（FA-PEG-PHEMA-PDEAEMA）。通过开环、溴化和ARGET ATRP反应合成共聚物聚己内酯-聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯P2（PCL-PHEMA-PEGMA）。通过¹H NMR、FTIR和GPC表征了共聚物的结构、分子量及分子量分布。共聚物P1、P2和混合共聚物P1/P2的CMC值分别为5.02、1.58与2.51 mg/L，说明共聚物能够在溶液中形成稳定的胶束。通过透析法制备各载药胶束，形貌均呈球状，混合共聚物胶束MM综合载药性能和药物控制释放性能均优于单共聚物胶束。含叶酸载药胶束对HepG2细胞有更好的抑制作用。

阴离子交换膜电解水（AEMWE）作为一项新技术，融合了碱性电解水（AWE）和质子交换膜电解水（PEMWE）的优点，兼具高性能和经济效益。基于国内相关研究较少及现有模型存在不足的现状，结合其他成熟的电化学模型（如AWE、PEMWE和燃料电池）和电化学原理，引入有效交换电流密度、气泡覆盖率以及电阻网络构建的修正因素改进交换电流密度和电极电阻的计算方法，由此建立一个精确且适用性强的半理论半经验AEMWE模型，并利用文献实验数据验证模型的准确性，最后使用模型对制氢重要变量进行灵敏性分析。结果表明，膜厚度、温度和交换电流密度是影响电解槽性能的主要因素，更薄的膜、更高的工作温度以及更高交换电流密度的电极材料是电解槽的发展趋势。

基于相变材料（PCM）的太阳能直接吸收相变集-蓄热器（DASSC）具有传热环节少、热能损失低、光热转化效率高的优势。PCM自身吸光能力弱、导热性能差，导致DASSC温度梯度大、传热速率慢，且现有研究大多针对DASSC的储热过程，缺少对放热过程特性的研究。为此，采用熔融共混法结合真空吸附法制备了光热转化定型复合相变材料（CPCM），并基于CPCM的高吸收性和高蓄热密度特性构建DASSC。测试了CPCM的光吸收特性和相变特性，探究了传热流体进口温度和Reynolds数对DASSC放热特性的影响规律，基于Morris方法分析了两种参数对DASSC放热速率影响的敏感性和相关性。结果表明，CPCM的吸光度是纯PCM的3.03倍。当传热流体入口温度从16.0℃降低至10.0℃时，DASSC平均放热速率提高47.7%；当Reynolds数从2462增大至5628时，DASSC平均放热速率提高15.0%。进口温度对DASSC放热速率影响的敏感性和相关性都显著高于Reynolds数。进口温度在DASSC的放热性能设计和优化中应单独计算最优值，而Reynolds数可根据正负相关性直接确定。

为了解决液氢储能中能量时空错配问题及优先匹配合适应用场景，采用液氖、液氮、二氧化碳等工质联合梯级蓄冷的方法回收冷能，而后预冷旁路氢气再并入液化器补偿冷量以减小耗功。使用Aspen HYSYS软件建立蓄冷、释冷、冷能补偿等流程，并在优先回收低温区冷能的同时，从耦合跨临界CO₂燃料电池余热利用循环等方面进行优化。结果表明，无增压蓄冷更有利于直接补偿液化器，氢气出口温度可达到273.7 K，㶲效率为81.65%。增压后蓄冷更侧重于增加输出功，且膨胀产生更多高温区冷能，如在130 K膨胀时氢气出口温度为299 K，能量效率为86.07%，㶲效率为50.86%。对氦布雷顿两级膨胀和氢双压克劳特两种氢液化循环模拟计算均表明，补偿冷量可以有效降低液化耗功且提高㶲效率。

采用自主设计的热重分析天平研究油页岩和烟煤混合快速热解过程，并结合SEM-EDS分析其半焦的形貌特点和元素组成。同时通过自制的固定流化床反应器探究油页岩和烟煤混合热解的产物分布规律。热重结果表明：混合快速热解过程中，油页岩占比20%（质量）时，协同效应最明显，有机物热解过程中的最大热解速率增幅高达49.18%；半焦形貌同时呈现团块状孔隙结构和层状纹理结构，微区表面钠、铝、钙元素含量出现不同程度的变化。固定床热解过程进一步揭示了油页岩与烟煤的混合热解协同机理，油页岩中的无机矿物质可促进烟煤中的羧基脱出，显著降低混合热解油中的酚、醇、芳香烃含量，增加长链脂肪烃收率，提高油相收率并改善油品质量。同时油页岩中的活性H自由基提高了混合热解气相产物中的CH₄的轻烃收率，增大了热解气回收利用价值。

利用粒子图像测速（PIV）、OH平面激光诱导荧光（OH-PLIF）和CH*化学发光等技术，测量了中心分级旋流燃烧流场、火焰结构和热释放分布，研究了燃料分层对甲烷分级燃烧特性影响规律。实验采用部分预混的甲烷/空气燃料，燃料分层通过调控分层比和全局当量比实现。结果表明，低分层比下燃烧热膨胀使中心回流区（PRZ）沿径向扩张，分层比增加时PRZ可沿径向收缩。分层比增加时，值班级当量比提高、燃料消耗不足，剩余燃料输运至下游与主燃级过量空气反应，导致热释放区向下游迁移，同时在PRZ中也形成小热释放区。研究发现，低分层比下主燃级火焰依赖与值班级火焰融合维持稳定，而随分层比增加，台阶回流区（LRZ）燃烧对火焰稳定也起到关键作用。发现全局当量比与分层比作用相似，它强化燃料分层作用，使值班级混合区增大、燃烧减弱，但也可增强LRZ燃烧，使其对主燃级火焰稳定作用更显著。

针对大型碱性水电解制氢系统的气体交叉问题，分析了氧气中杂质氢气的引入机制，建立了氧中氢（HTO）计算模型，采用千标方级制氢装置验证了模型的准确性，通过模型量化了各引入机制对HTO的贡献比例，研究了操作参数对HTO的影响规律，提出了氧中氢控制措施。结果表明：模型对HTO的预测精度较高，可有效反映低负载工况下系统氧中氢特性；碱液循环混合、氢气跨膜浓差扩散是形成HTO的主要机制，旁路电流电解、压差对流对HTO影响较小，但旁路电流对系统低负载时的产氧量影响较大，间接导致了HTO升高；可采取优化制氢装置操作参数、提高低负载时氧气流量等措施对氧中氢进行控制。研究结果能够为大型可再生能源耦合碱水制氢系统的设计和项目运行提供参考。

热解法可快速实现低含油量落地油泥的无害化处理与资源化利用，但其高含水量的特点会造成大量能量损耗，热解处理过程中的能量平衡问题不容忽视。对落地油泥开展了相关热解实验，利用Aspen Plus软件对热解工艺流程进行建模，通过改变初始含水率、热解温度、焦炭燃烧比等参数，分析工艺系统实现能量自平衡的可能性。结果表明：在450℃时，热解油中烃类物质含量高达71.6%，热解温度低于450℃时得到的热解油品质较高，C₆~C₃₀的占比超过90%。在不同热解温度下焦炭燃烧比均不超过100%，系统可以通过调节焦炭燃烧比实现对落地油泥干燥和热解处理过程的能量自平衡。降低油泥的初始含水率有利于减少系统的能耗，初始含水率越低系统能量自平衡越容易，如落地油泥经脱水处理后含水率仍然较高时，工艺系统可以通过适当提高热解温度来继续保持能量平衡。

电化学水软化是一种新型绿色工业循环水阻垢技术，针对平行排列的极板无法有效利用OH^-进而导致软化效率低下的问题，提出了基于模拟循环水与氢气泡的相对运动改进的极板垂直布置方式。通过OH^-被动扩散形成长期且有效的碱性区域，提升了OH^-的利用率，促进了CaCO₃晶体在溶液中均匀成核。结果表明，模拟循环水中的Ca²⁺在到达阴极板之前已经成核，在120 min时CaCO₃晶体颗粒数量稳定且尺寸最大可达25 μm，在电流密度为120 A/m²、入水口流量为12 L/h、初始硬度为500 mg/L、阴阳极中心间距为61.5 mm时，软化效率可达108.2 g/（m²·h）。本研究利用气泡运动和水流调控可为电化学循环水软化提供新思路。

体外膜肺氧合（ECMO）为危重症患者提供重要体外生命支持，其核心部件氧合膜微孔聚丙烯（PP）膜气透性能好，但微孔存在易漏血的风险；而聚-4-甲基-1-戊烯（PMP）非对称膜制备困难，且两种材料本身疏水，存在血液相容性差等问题。利用亲水、生物相容性好且富含羟基的层状双氢氧化物（LDH）改性聚三氟丙基甲基硅氧烷（PTFPMS），制备了含有LDH-PTFPMS致密分离层的LDH-PTFPMS/PEI复合膜，并研究了LDH改性对膜形貌结构、膜气透性及血液相容性等的影响。结果表明，LDH的加入促进了CO₂在膜中的渗透率，与原PTFPMS/PEI膜相比，常压（0.1 MPa）下，4% LDH-PTFPMS/PEI膜的CO₂渗透率较原膜提高近50%，且提升了膜的抗蛋白吸附及血小板黏附性能，其中BSA蛋白吸附量降低了21%。

热塑性酚醛树脂（NR）的性能与其交联网络结构密切相关，多领域应用对NR的性能提出了更高的要求，然而NR的强度、玻璃化转变温度（T_g）与韧性的提升存在着矛盾，同时提高NR的强度、韧性和T_g仍然面临着挑战。通过环氧基低聚倍半硅氧烷（EPOSS）和联苯酚醛树脂（BN）反应制备了改性剂BEP，与树脂构建了具有不均一交联结构的BEP+NR共固化网络，实现了树脂强度和韧性的提升，在此基础上对BEP+NR体系的固化特性进行了动力学研究，通过调控BEP的均聚、BEP和NR的共固化以及NR的固化得到了致密的不均一交联网络。1BEP+NR固化物的T_g、弯曲强度、冲击强度分别达到146.3℃、4.1 kJ/m²、76.5 MPa，相比NR分别提高10.9℃、78.2%、50.9%。随着BEP均聚程度的增加，交联网络的不均一性进一步增加，BEP+NR的力学性能、热稳定性和T_g降低。

集成电路产业中光刻技术的迅速发展对光刻胶的性能提出了更高的要求。有机-锡配合物在光刻分辨率和线边缘粗糙度方面表现出优异的特性，但其光刻灵敏度和薄膜稳定性相对较差。本文报道了一种新型的丙烯酸配位的三苯基锡光刻材料Sn1Ac，该材料可同时用于深紫外光刻和电子束光刻。通过与四（3-巯基丙酸）季戊四醇酯（PETMP）形成氢键，成功克服了旋涂薄膜稳定性差的缺陷，其光刻留膜率超过93%。Sn1Ac与PETMP的混合薄膜显示出卓越的负性图案化性能。在电子束光刻条件下，该混合薄膜的分辨率优于15 nm，且线边缘粗糙度低于2 nm。通过X射线光电子能谱等测试手段，提出了锡-碳酸根和硫醇-烯点击反应的协同交联曝光机理。

当前以锂离子电池为主的二次电池已经步入主流。LiNi_1-x-y Co _x Mn _y O₂(NCM)材料在锂离子电池中具有较大 的商业市场，是一种具备极大应用价值的正极材料。根据镍的含量不同具备不同的性能。镍比例的增加能使比容量提高，也会导致热稳定性下降，对于高镍材料需要对制备工艺有更高的要求确保其性能。相对 Li[Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1]O₂(NCM811)，Li[Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2]O₂(NCM622)在具备较高比容量的同时热稳定性更优秀。对纯相NCM622材料使用水热法进行制备，通过控制煅烧温度和煅烧时间得出最佳制备方案。所制备的NCM622材料在最佳条件下能够达到最高191.3 mA·h·g^-1的放电比容量，充放电循环有最高88.74%的容量保持率。

一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）是检测变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反映变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，提出了一种利用新型材料硼（B）掺杂氮（N）基石墨烯检测变压器油中溶解特征气体CO和CO₂的方法。结合密度泛函理论（DFT）探究了CO、CO₂气体在B掺杂石墨氮（graphitic-N）、吡啶氮（pyridinic-N）和吡咯氮（pyrrolic-N）石墨烯基底上的吸附和活化行为。从理论上探讨B掺杂氮基石墨烯（BN-X/G）在特征气体吸附后的几何结构、电荷密度、电子态密度以及能带结构的变化。结果显示，CO、CO₂在B掺杂graphitic-N基石墨烯上的吸附能分别为-0.18和-0.20 eV，与其他掺杂基底具有显著的性能差异，表现出更强的吸附性能。电子局域函数（ELF）构型及Bader电荷结果显示，CO和CO₂分别向BN-G/G基底输出0.013 e和0.009 e的电荷转移，加强了特征气体与基底之间的相互作用。态密度（DOS）结果表明，B掺杂提高了N-G/G的p带中心，B与graphitic-N原子之间有明显的轨道杂化现象并形成共价键，促进吸附性能的增强。本研究可为变压器油中溶解性特征气体在杂原子掺杂石墨烯材料的吸附机理及气体传感器的理性设计提供参考。

为强化硫酸镁在中低湿度环境下的吸附性能，采用亲水型活性剂曲拉通X-100制备硫酸镁/膨胀蛭石改性复合材料。采用两种不同改性方法制备复合材料并比较其性能。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）的测试结果表明成功地合成了硫酸镁/膨胀蛭石改性复合材料。利用恒温恒湿箱和热重分析仪（TG）、差式量热仪（DSC）对复合材料的吸附和储热性能进行测试，探讨了改性方法、活性剂添加量和相对湿度对吸附性能的影响，结果表明，在25℃、70%相对湿度条件下，先对膨胀蛭石亲水改性，且膨胀蛭石与活性剂质量比为10∶1时，改性复合材料具有最佳储热性能，相较于未改性复合材料，吸附量增加2.5%，脱附率提高4.1%，储热密度提升9.1%，且表现出良好的循环稳定性。

相变乳液是一种潜热型功能热流体，既能保持常规传热流体的流动性，还具有相变材料的潜热蓄热能力，可以强化流体传热速率拓展其应用潜力。选用两种有机相变材料并制备多熔点相变乳液，并对其传热进行强化。实验结果表明，所制备相变乳液常温下为平均粒径为129.3~204.4 nm的乳白色胶体体系，具有优良的流动性及稳定性。相变过程出现多个相变控温点，相变潜热为27.49~34.54 J/kg。另外，固态比热容为2.98~3.83 J/(g·K)，液态比热容为2.26~2.93 J/(g·K)。相变乳液的热导率为0.42~0.47 W/(m·K)，0.5%（质量分数）的纳米Si₃N₄可以将乳液热导率提高6.0%~13.5%。导热强化后的相变乳液可以作为优良的换热工质应用于降温领域。

导电聚合物可以作为超级电容器电极材料，在小型储能设备中具有巨大的潜在应用。采用废旧短铅笔作为原料，将铅笔芯（pencil core， PC）剥离出来作为超级电容器电极材料的支撑基底，然后通过稀溶液法将有序聚苯胺（polyaniline，PANI）纳米棒阵列原位生长在铅笔芯的表面形成PANI@PC电极。铅笔芯作为一种导电性良好的碳材料，当其与有序微纳结构的PANI相结合时，能快速实现电子的传输和导出，即使在高扫描速率或电流密度下，内层活性物质仍能参与电极反应，从而提高电极材料的利用效率，改善复合材料的电化学性能。实验表明，在1 A/g电流密度下PANI@PC电极的比电容可达470 F/g；当电流密度增加至10 A/g时，比电容损失率仅为25.5%。进一步分析PANI@PC电极的电荷存储机制，发现该电极反应由快速动力学控制，即PANI@PC电极表面的双电层电容和法拉第赝电容贡献，这有利于实现电极材料良好的速率性能。本研究可以为超级电容器用导电聚合物电极材料的制备提供指导。

化工园区内存有大量危化品并具有复杂的工艺装置，一旦发生火灾爆炸事故，极易影响邻近单元而引发多米诺效应，导致更为严重的后果。为了探究火灾多米诺效应的动态演变过程以及协同效应对多米诺事故升级的影响，对多米诺效应进行定量评估，基于储罐的热响应机理，综合考量热辐射影响下的罐体材料失效及罐内压力上升的双向作用，并融合多重火灾热辐射的时空演变和协同效应等因素，构建了储罐的失效时间与升级概率的瞬态响应模型。以某储罐区为研究对象进行仿真，设定初始事故并对场景内多米诺效应进行动态建模分析。结果表明，多重火灾之间的协同效应会提高储罐温度上升速率，从而显著缩短储罐的失效时间，加快多米诺效应升级；研究建立的动态多米诺效应模型能够预测储罐的失效时间和概率，进而确定多米诺效应的升级路径，同时依据结果分析得出针对性的断链策略阻断事故传播，为化工园区内的安全防护分配和应急措施制订提供理论依据。

CO₂输送管道作为碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的关键环节，当遇到泄漏、腐蚀等损伤时需要先对管道放空来开展后续修复工作。为确保放空操作的安全性，需对放空过程中的干冰冻堵隐患与冻阀危险进行评估。故基于工业规模CO₂管道节流实验装置，开展了2组不同节流阀开度的超临界相放空实验。结果表明，直接放空过程中，放空后期主管道的注入端出现干冰区（长度小于149.2 m，高度小于58.3 mm），并且生成的干冰颗粒存在迁移现象。放空管最低温度降至-23.2℃，零下低温持续600.4 s。节流放空虽能提升注入端干冰区最低温度，但在泄放端会出现干冰堆积（堆积长度小于10.4 m，高度小于116.5 mm）。节流作用可以降低放空管充压水平（降压幅度为40%），但同时也会降低放空管的温降幅度（最低温度降至-35.4℃）从而增加冻阀隐患。