R1150具有较高的蒸发潜热和蒸发压力，R1234ze(E)具有环境友好性和完善的热力性能，因此，R1150与R1234ze(E)的二元混合物作为一种潜在的工质对，具有重要的应用价值。然而，由于相关汽液相平衡数据的缺乏，该混合工质在实际工程中的应用受到了限制。本文采用一套静态分析法的装置对二元混合工质R1150+R1234ze(E)在223.15~253.15 K温区的汽液相平衡进行了研究。并应用PR-MHV1-NRTL和PR-WS-NRTL两种模型对实验数据进行关联，结果显示模型与实验值具有良好的一致性。

R290/R245fa是一组适用于自动复叠喷射制冷循环的非共沸制冷剂，然而，现有文献中关于其实验数据稀缺，且各预测模型间存在显著偏差。为提升R290/R245fa混合工质汽液相平衡的计算精度，选取了PR方程，并结合VDW、WS、MHV1三种混合规则以及UNIFAC（Dortmund）活度系数模型，对该二元混合工质的汽液相平衡特性进行了评估。结果表明，在低压体系下，MHV1混合规则的计算精度优于WS和VDW混合规则。基于最优模型，考虑了氢键在氟代烃分子间的作用力对气液相组成的影响。通过修正活度系数模型中含氟基团的面积参数和体积参数，压力相对偏差降低至0.7937%，气相组分绝对偏差降低至0.0018。计算结果显示，修正后的模型与REFPROP 10.0模型的精度相当，其压力平均相对偏差为0.7051%，气相组分的绝对偏差则为0.0025。最后绘制了R290/R245fa混合工质在243.15~283.15 K温度范围内的相图。

为了提高传统两级分离自复叠制冷循环（TSARC）的效率并达到更低的制冷温度，设计了一种配备分凝器的两级分离自复叠制冷循环，选用非共沸混合工质R1150/R600a作为制冷剂。在此基础上，建立了带有双分凝器的两级分离自复叠制冷循环热力学模型，并对基于第一级分凝器的两级分离自复叠制冷循环（FRARC）、基于第二级分凝器的两级分离自复叠制冷循环（SFARC）以及双分凝器的两级分离自复叠制冷循环（TFARC）的热力学特性进行了对比分析。研究结果显示，存在最优的制冷剂组分配比，使得上述3种带分凝器的两级分离自复叠制冷循环均能达到最大制冷性能系数（COP）。在冷凝器出口温度为30℃、蒸发器出口温度为-90℃的条件下，FRARC、SFARC和TFARC循环的最大COP较TSARC循环分别下降了4.9%、6.6%和16.3%。而且它们所能达到的最低制冷温度分别为-98、-98和-100℃，均低于TSARC循环所能达到的制冷温度。由此可见，分凝作用虽然未能提升两级分离自复叠制冷循环的制冷效率，但有助于实现更低的制冷温度。

混合物制冷剂的分离效率是影响自复叠制冷循环性能的关键因素。分馏分离净化低沸点组分的同时减少了蒸发器内的制冷剂流量，可能造成循环性能的下降。提出一种分馏和闪蒸分离结合的自复叠制冷循环，在净化组分的同时增加了蒸发器内制冷剂流量。热力学分析结果表明，在设计工况下，新型循环蒸发器内低沸点组分质量分数和制冷剂质量流量相比基本循环分别提升5.37%和17.80%，分馏循环内蒸发器流量降低11.6%，新型循环的制冷系数（COP）和㶲效率相比基本循环分别提高26.33%和26.05%，分馏与闪蒸分离的结合形式提高了自复叠制冷循环性能。

太阳能间歇式供能导致的连续制热能力差及运行能效低是太阳能直膨式热泵技术亟需解决的技术瓶颈。提出一种能充分利用太阳能热属性和动力属性的新型双热源压缩-喷射复合热泵（FB-EHPC），通过创新引入闪蒸罐提高低蒸发温度下系统的加热能力，实现循环性能改善。建立FB-EHPC循环的热力学分析模型，以R134a为循环工质，研究在不同工况下的系统性能变化，并在不同工况下与增压器辅助的喷射热泵循环（B-EHPC）进行比较。研究结果表明，相比B-EHPC系统，FB-EHPC系统的㶲效率和COP均有较大的提升，在设计工况下，与B-EHPC相比，FB-EHPC的COP提高16.64%，㶲效率提高6.03%。

针对大温差加热时高温热泵能效较低的问题，提出了一种级联加热式自复叠高温热泵循环，采用级联加热策略来实现水的大温升加热。采用低GWP的非共沸混合制冷剂作为工作介质，低沸点组分选用了碳氢化合物自然工质。改进循环的配置优化了流体的换热过程，减少了不可逆损失。热力学分析结果表明，级联加热式自复叠高温热泵循环在出水温度变化的范围内制热COP和制热能力分别平均提高了49.36%和44.30%，制冷剂的质量流量平均减少了50.53%，㶲效率增加了3.47倍。因此，级联加热式自复叠高温热泵循环在大温升条件下相比于基本循环具有显著提升潜力。

为确保能源安全、减少污染并应对全球气候变化，汽车行业正迅速从传统燃油车（CFV）转向零排放的纯电动汽车（BEV）。一个可靠且高效的车辆热管理系统对于提升BEV的性能和缓解续航焦虑至关重要。随着环境法规日益严格，选择低全球变暖潜能值（GWP）的制冷剂用于热管理系统已成为可持续发展的紧迫问题。建立了一个用于整车热管理系统的数值模拟平台，选择R744、R290、R152a、R1234yf等低GWP替代制冷剂方案，研究这些制冷剂方案之间的基本性能差异，对每个方案的热力学和环保性能进行评估，并建立了综合评价体系。结果表明：R744方案具有最高的制热能力，可达27.5 kW；R290在制冷和制热效率方面表现更好，平均能耗比R134a方案低5%~7%，R290方案表现出卓越的热力学性能和环境友好性。综合评估表明R290和R744方案是未来BEV热管理系统中具有潜力的制冷剂选择。

为了研究火箭上升段含多孔板贮箱中低温推进剂的反馈增压过程，建立三维多相流多组分模型并使用NASA氦气增压液氢罐实验数据进行验证。对多孔隔板等比缩小计算多组流速下液氧的压降特性并进行拟合获得渗透率与压力跃变系数耦合到数值模型中。上升段过载变化过程中不同高度液体经过多孔板流阻不同造成界面弯曲。过载增大在扩散型入口下端形成高温射流导致界面处液相区分层厚度在过载指向侧更厚。上升过程中，72 s前界面处相变以蒸发为主，之后以冷凝为主。多孔板的存在阻碍贮箱内热自然对流使得最终相变量减少17.68%，同时使得出口平均压强增加3%左右。

搭建了翅片式椭圆套管蒸发式冷凝器实验测试系统，采用控制变量法研究了迎面风速、进口空气湿球温度、循环冷却水温度和流量对该冷凝器传热传质性能的影响规律。实验结果表明：迎面风速从2.5 m/s逐渐增至3.7 m/s，换热器管外空气压降增加了6.07倍，迎面风速的增大导致管外空气压力损失上升，但迎面风速的增加可显著提升传热传质性能，外热通量和外传热系数分别增加了22.3%和25.6%，管外水膜-空气传质系数增加了19.1%，而且最佳迎面风速为3.1 m/s。进口空气湿球温度从9.6℃增至11.6℃，换热器外热通量和外传热系数均减少了92.2%；循环冷却水温度从17℃增至33℃，内热通量减少了47.8%，内传热系数减少了38.1%，表明进口空气湿球温度和循环冷却水温度升高均会使换热器的传热性能下降。循环冷却水流量从0.066 m³/h增至0.162 m³/h，内热通量和内传热系数分别增加了83.4%和91.4%，表明增大循环冷却水流量可以显著提高传热性能。对该蒸发式冷凝器传热传质性能的实验研究可为其实际应用提供理论和实验依据。

翅片管式换热器是家用空调器中最常用的换热器型式，将其中的铜管替换成铝管是降低翅片管式换热器生产成本最直接的方法。目前铝管铝翅片换热器的设计经验缺乏，开发铝管铝翅片换热器的仿真模型来预测性能可以提高设计效率。建立换热器的三维稳态分布参数模型，引入图论中的邻接矩阵来描述换热器中的复杂流路。采用交替迭代的换热器性能仿真算法，通过单独求解动量、能量方程达到对方程组的解耦。据此开发具有交互式图形界面的数字化仿真设计软件。在不同铝管和铝翅片组合的样机上开展实验验证，样机的实验结果和软件的仿真结果对比表明，在额定制冷、43℃高温制冷、额定制热、低温制热四种工况下，软件预测的换热量、管内压降和管外压降的误差分别在±5%、±10%和±10%以内。开发的铝管铝翅片换热器模型能够满足换热器设计的精度需求。

迷宫阀芯是控制高压液体流量的关键部件，其流道结构内的空化现象是限制流量调节的瓶颈之一。针对曲折式与阵列式两类典型的迷宫阀芯结构，采用SST k-ω湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型，数值研究了流体流动与空化特性，提出了满足低空化率、高质量流率要求的阀芯结构型式。研究发现，相同压差下曲折式流道的质量流量更低，由于发生强烈的边界层分离现象和出现大尺度涡旋区域导致空化率增加；阵列式流道末级圆柱尾迹区发生强烈的空化现象，通过改进末级圆柱为水滴型结构，可显著降低局部空化率，同时具备良好的流通能力；当尾部角度b=30°时，平均空化率达到最低值41.9%，这表明存在一个使下游出口截面空化率达到最小值的最佳角度。本研究可为迷宫调节阀阀芯流道结构优化、提升抗空化性能和流体质量流率提供理论依据。

针对动态蓄冰系统中板式换热器的运行稳定性问题，利用Fluent对水侧流道进行流场和温度场的模拟分析。在波纹节距为6~12 mm、波纹高度为1.4~2.8 mm、波纹夹角为60°~150°的8个工况下进行模拟，探究了不同波纹节距、高度和角度的板片结构下流场流型、温度分布和压降等参数的变化规律。结果表明：在较小的波纹节距（6 mm）下，接触点数量更多，流场内扰动大、换热好，温度分布也更加均匀；比较不同波纹高度下的换热效果发现，虽然波纹高度的增加可以增大波纹板的换热面积，但同时也会导致流速减慢和高温滞留区的产生，不利于提高波纹板的换热效率；波纹夹角的改变影响了流场内的流型，随着波纹夹角从60°增大到150°，换热效果先升高后降低，当波纹夹角为120°时换热效果最好。通过分析不同夹角时板内流场的流型，发现在较大占比的曲折流中伴随十字交叉流动的复合流动具有更好的换热效果。

在宇宙探索中，可靠的低温环境对空间探测器至关重要。有阀线性压缩机是Joule-Thomson（JT）节流制冷机的驱动部件，其结构及性能直接影响制冷机制冷性能及效率。基于课题组研究基础，本文优化压缩机电机及气阀，研制了一款单机两级有阀线性压缩机原理样机并开展相关研究测试。实验结果表明，随着充气压力从0.1 MPa增加至0.3 MPa时，质量流量增长337%，压比仅降低19.7%，电机效率与等熵效率在0.15 MPa时达到最大；随着活塞行程从2 mm增加至10 mm时，质量流量增长了10.6倍，压比增长了9.6倍，电机效率在4 mm时达到最大，而等熵效率与行程呈线性增长趋势。该压缩机最大输出性能为16 mg/s（19.7压比），能覆盖两台单级压缩机的输出能力。该原理样机的研制，为后续空间节流制冷机的轻量高效需求奠定了基础。

森林火灾破坏力巨大，采用航空飞机进行灭火被公认为最安全高效的扑救技术。在高空风场与地面火场的复杂耦合作用下，高速喷洒出的灭火介质会迅速扩张、碎裂并雾化蒸发，这一过程可能影响灭火效能。为了深入理解灭火介质的蒸发损失特性，构建了热对流环境下的液滴蒸发特性仿真模型，该模型涵盖了传热动态模型与传质动态模型两大组成部分。同时，搭建了可视化液滴蒸发特性测量实验平台，用以分别观测水及凝胶灭火剂的液滴蒸发过程，并据此获取了液滴直径的变化率。在此基础上，进一步开展了模型验证工作。实验验证结果显示，本文所建模型能够较为准确地反映水及灭火剂的液滴蒸发特性，模型的预测结果与实验数据高度一致，液滴半径的预测偏差控制在±0.2 mm以内。

提出一种利用超声波协同疏水表面驱动液滴的抑霜策略，并对超声波激励下铝板表面液滴的输运行为进行了实验研究，分析了超声功率、液滴体积及表面疏水性对液滴直径铺展率、平均运动速率的影响。实验结果表明，液滴在超声波作用下经历了铺展变形―运动―雾化―蒸发四个阶段；其次，液滴直径铺展率随超声功率的增大而增大，但液滴体积对直径铺展率没有显著影响；液滴平均运动速率均与超声功率及液滴体积呈正相关；与裸铝表面相比，疏水表面的液滴直径铺展率增加到1.15倍左右，平均运动速度最大可增加至6倍左右。

抑制冷凝结霜对于各种防霜冻应用来说至关重要。然而，在表面边缘或缺陷处的过冷液滴结冰，最终会导致整个表面结冰。为此，设计制作了六种亲疏水表面结合吸湿溶液进行实验。结霜实验表明，改变吸湿液滴的空间分布对延缓霜层传播速度有显著影响。其中，十六等分等间距断环状表面在设定工况下，霜层整体覆盖时间为228~251 min，与其他吸湿溶液抑霜研究相比，抑霜性能提升了64%~74%。扩大了吸湿溶液和亲疏水表面的应用范围，并为设计具有定制防冻特性的表面提供了有价值的见解。

为了提高系统运行能效，制冷空调系统中采用分流器实现多路翅片管换热器内两相制冷剂的均匀分流。目前空调系统中采用的文丘里式分流器具有复杂的流道结构且需要多根毛细管作为配件，使得其成本均较高。提出一种新型套管式分流器，通过离散泡状流实现各流路干度的均匀分流，通过均压掺混和循环流动实现各流路流量的均匀分流。提出设计公式与模型对套管式分流器的关键结构参数进行设计，并通过实验验证了套管式分流器的分流效果。与传统文丘里式分流器相比，套管式分流器分流不均匀度降低18%，生产成本降低30%。

浸没和射流技术是数据中心服务器液冷未来的发展方向。搭建了单服务器液冷实验台，对比纯浸没式液冷系统与浸没射流式液冷系统的散热性能，在此基础上分析进水温度、射流距离及进水流速对浸没射流式液冷系统性能的影响。实验结果表明，纯浸没式液冷系统中，进水温度从27.0℃降低到18.0℃，能够将服务器表面稳定温度从47.4℃降至41.0℃，但同时也会增加进出口水的温差。浸没射流式液冷系统中，射流距离从10 cm减少至1 cm，能使稳态表面传热系数提高约467.3 W/(m²·K)，而且射流距离为3 cm时系统热交换均匀性更好；进水流量从8 L/min增加至18 L/min，能使稳态表面传热系数提升至3136.2 W/(m²·K)，约为低流速条件下的2.1倍。

当冷水回流或注入蒸汽管路时，将在管道内形成大温差的两相流动，导致管内发生蒸汽凝结水锤现象，造成瞬态高峰压力脉冲。为了预报凝结水锤的压力载荷，建立一种计及管道截面弹性形变的可压缩两相流体六方程数学模型，通过真实物性状态方程、两相流型判别公式和流动传热计算模型库予以封闭，并通过自编程序实现压力载荷的数值模拟。基于凝结水锤的PMK-2实验验证了模型的计算精度，压力峰值的预报结果与实验值偏差为1.7%。使用该模型对冷水注入蒸汽管道和非能动余热排出两种工况进行了计算研究。在冷水注入工况下发现：随着冷水流速提高，压力脉冲峰值增加；液相温度提高，压力峰值随之减小；当管道直径足够小时，将不再出现水锤现象。

附着在平板上的液滴能够吸收超声振动产生定向移动，采用压电-声流效应将液滴定向驱离表面，有望在结霜早期的冷凝液滴阶段抑制霜的形成。提出一种基于压电-声流效应的液滴定向驱动技术，开发了以玻璃平板为基底的实验装置并分析了装置的工作原理，研究了驱动电压和液滴体积对液滴运动速度的影响。这种技术能够通过35 V以上的低电压驱动大于50 μl的液滴，实验条件下液滴的运动速度最大达88 mm/s。结果表明，压电-声流效应定向驱动液滴是一种有效的抑霜方法。

在LNG船的装载过程中，预冷作为确保舱内设备和围护结构可靠性的关键工艺环节，具有重要作用。以LNG船薄膜型液货舱为研究对象，通过构建二维柱坐标系网格，并采用相似方法对液货舱内流场及壁面温度进行数值模拟。该研究不仅显著提升了计算效率，同时较好地还原了液货舱在预冷过程中温度梯度的演变过程。研究结果表明，应重点关注液货舱舱底中心区域以及舱底与侧面交界处的温度变化；为确保主屏蔽层温度下降梯度处于安全范围内，预冷流量需在特定控制策略下进行精准调节。

基于液货舱漏热过程的特点，建立分析模型，计算薄膜型液货舱的温度场分布，通过分析漏热量的时效影响得出保压时间的变化，验证了模型的可行性，并探讨了环境温度、装载率、舱内压力等因素的影响。结果表明：当环境空气温度从20℃升至45℃时，液货舱漏热量增加4.17 kW，保压时间减少11.1 h，环境空气温度主要影响水位线以上舱室的温度分布；当液货装载率从50%提升至98%时，气相空间减少导致舱壁固液换热面积增大，液货舱整体漏热量增加85.2 W，保压时间延长121.2 h；随着装载率的上升，存在最佳装载率使保压时间达到最长，最佳装载率为95%，最大保压时间为317.8 h；当舱内压力从大气压升高20 kPa时，液货舱内外温度梯度下降，漏热量减少约1.09 kW。

窗式空调器室外侧的轴流风机产生的风速分布不均匀会导致冷凝器内制冷剂分布不均，从而恶化换热性能，需分析风速分布特性并调整流路设计与之相匹配。以窗式空调器冷凝器为研究对象，建立了轴流风机非均匀风场的数值模型，对非均匀风速分布进行了三维数值模拟。将风速仿真结果离散为18×10的网格分布，作为边界条件代入CoilDesigner软件中分析风速分布对冷凝器性能的影响，实验验证模型的换热量偏差小于2%。仿真结果表明，风速分布的不均匀性随风机转速的增大而增大，转速从1200 r/min增至2000 r/min时，风速的极差与方差分别增加了1.95 m/s与0.460 m²/s²。通过分析非均匀风速分布对冷凝器换热性能的影响，发现冷凝器在轴流风场的中心静区传热系数较小而在底部加速区传热系数较大，在流路设计过程中需要增大布置在中心静区的支路换热面积，使不同支路热负荷相当，并用制冷剂流量较大的管路匹配传热系数更大的底部加速区。最后，设计并仿真了20种流路布置方案来探究轴流风机非均匀风速分布下管路配置对冷凝器性能的影响规律。与原流路相比，延长中心静区管长，并将汇合段置于底部加速区，支路汇合点置于背风侧，换热量可以提升1.8%，压降可以降低26.1%。

以典型运载器的液氧贮箱为研究对象，基于流体体积（VOF）法构建了监测气液界面的三维CFD仿真模型，采用该模型对不同孔板布置情况、不同初始液面状态、不同负过载程度下液氧流动行为进行模拟，对比了各工况液氧离开贮箱底部和气体下潜两种行为特性。多孔隔板可以有效降低液氧离开贮箱底部的流量，-0.20g负过载条件下流量减少95.63%；且该流量与负过载程度呈正相关。气体下潜速度受气泡形态与负过载程度等因素共同影响，当推进剂填充率为50.18%且发生10°倾斜的贮箱受到-0.20g负过载时，会形成气液循环通道使气泡迅速长大，有效下潜速度可达0.317 m/s，甚至大于负过载为-0.40g但贮箱不倾斜时的气体下潜速度。因此设计孔板位置时应综合考虑推进剂余量、箭体姿态和负过载程度等因素。

通过对内径5 mm的水平光滑管内流动沸腾的流型进行非绝热可视化研究，获得了实验蒸发温度为7~15℃，热通量为5~35 kW·m^-2，质量流速为100~500 kg·m^-2·s^-1条件下CO₂的流型图。实验结果显示，管内的两相流流型涵盖了泡状流、塞状流、弹状流、分层波浪流、环状流以及雾状流。环状流顶部液膜在中低干度会提前干涸，导致传热系数逐渐下降。降低蒸发温度或提升质量流速有助于稳定管周液膜，有效抑制因提前干涸而导致的传热系数降低现象。当质量流速为400 kg·m^-2·s^-1，热通量为30 kW·m^-2时，蒸发温度为7℃时的管顶部传热系数相较于15℃时高约40%。

植物工厂内气流组织的精准化分析是探究植物健康生长的重要基石，然而，目前针对植物工厂内部\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}浓度分布的研究仍较为匮乏。采用计算流体力学（CFD）方法构建了植物多孔介质模型及净光合作用数学模型，旨在探讨不同送风速度下植物区域内气流速度\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}、浓度分布以及送风风机能耗的情况。基于NSGA-Ⅱ遗传算法，以送风口速度为决策变量，植物区域的气流速度、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}浓度以及风机能耗作为目标函数，进行了多目标优化。优化结果得出了帕累托最优解：当送风速度为3.26 m/s时，植物区域的平均气流速度为0.37 m/s,\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}浓度为277 \mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}，同时风机的能耗为23.26 W。

基于计算流体动力学（CFD）方法，建立了超大直径泥水盾构仓体内泥浆冲刷和输送模型，提出了一种适用于气垫仓的临界不淤流速理论计算方法，并研究了格栅前和泥浆门后射流在不同角度时气垫仓内部流场运动特性。泥浆门后射流角度α=45°时流场优化效果最佳，可显著提高格栅截面平均速度，并促进颗粒进入格栅。不同地质条件下临界不淤流速范围为1.68~1.80 m/s，大粒径颗粒占比越高，临界不淤流速越大；α=45°及α=60°时气垫仓下部中间区域流速高于临界值，可有效降低岩屑沉积风险，并增强颗粒通过率。格栅前射流角度β=30°时，射流形成的湍动能扰动对防止易絮凝细颗粒的沉积具有显著作用。研究结果可为提高仓内岩土颗粒运输效率以及解决渣土滞排等问题提供参考。

MIL-53是一类吸附分离二甲苯异构体的重要材料，其中MIL-53(Cr)对邻二甲苯（OX）和对二甲苯（PX）具有较高的分离选择性，而对OX和间二甲苯（MX）选择性低。为了改善MIL-53(Cr)对OX和MX的选择性，利用碱前体KNO₃和金属中心Cr³⁺之间的氧化还原作用在MIL-53(Cr)上直接制备强碱性位点，以碱改性的MIL-53(Cr)为吸附剂，对OX、PX和MX进行液相吸附分离。结果表明，在MIL-53(Cr)中引入碱性位不改变材料的独特结构。由于引入的碱性位占用了部分金属位点，导致材料对二甲苯的吸附量有所下降。OX/PX的吸附选择性不变，而碱性位点的增加导致材料对MX的吸附阻力增大，吸附量减少，OX/MX的吸附选择性从MIL-53(Cr)的2.3提高到K-MIL-53(Cr)的4.1。K-MIL-53(Cr)具有良好的稳定性和再生能力，吸附循环5次，吸附量仅下降5.7%，且材料结构保持不变。

针对大型高低温环境实验室的温度控制问题，提出了一种基于Matlab/Simulink的仿真方法。使用集总参数法简化并建立了实验室的模型，综合分析热容、热阻、热源和热损失等因素，通过调节制冷系统的压缩机开启比例、电加热器的功率及覆冰和除冰系统的状态，实现精确的温度控制并探索换热器预冷和覆冰系统接入时间对温度平衡及能耗的影响。研究发现，在不同的温度设定下，于PID拐点接入覆冰系统的温度调控时间依然最短，强化了该策略的应用价值；此外，引入模糊PID控制策略后，模糊PID控制在响应速度和超调抑制方面表现更为优越。

直线压缩机性能优越，具有良好的容量调节能力，能够提升系统效率、适应多样化运行工况，在制冷、低温领域具有广泛的应用前景。气体轴承技术可实现直线压缩机的无油润滑和高可靠性。二氧化碳是一种环保制冷剂，低GWP、OGP为0且具有良好的性能。以二氧化碳为制冷剂，建立多孔质气体轴承模型，利用Fluent软件进行模拟计算，对多孔质材料厚度、气隙厚度、供气压力、偏心率对气体轴承耗气量和承载力的影响进行仿真分析，通过响应曲面法确定了最佳设计参数组合为气隙厚度10.0~11.1 μm、多孔质材料厚度为2.11~3.50 mm，为二氧化碳直线压缩机气体轴承的设计提供参考。

储能电池在能量存储领域的广泛应用要求高效的热管理系统确保其安全与性能。冷媒直冷技术因其优良的均温性和高效能，在电池热管理领域受到关注。系统通过直冷板流道中的制冷剂两相汽化过程实现电池组的高效温控和温度均匀性控制。实验结果显示，在环境温度25℃下，系统在500 W热载荷、40 Hz压缩机频率的标准工况下，冷板表面温度均匀，最大温差控制在0.4℃以内。同时，冷板间温度差异小，平均温度极差仅为0.28℃，系统温度均匀性良好。通过优化压缩机频率等运行参数可进一步提升系统性能。研究结果可为储能电池热管理系统的优化设计提供参考。

以醇胺溶液作为吸收剂的化学吸收是目前天然气脱碳领域使用最为广泛的技术，拥有处理量大、循环稳定性好等优点，但是化学吸收剂的再生过程能耗非常高。为降低化学吸收脱碳的能耗，提出了天然气化学吸收脱碳-高温热泵耦合流程，通过高温热泵将气田上的废水余热用于脱碳流程的再生过程，达到节能降碳。利用Aspen HYSYS软件对采用MDEA溶液的脱碳系统进行建模和参数优化。结果表明：经过优化，该套工艺的脱碳率高达95%，系统的单位综合能耗为0.3821 kW·h/kg CO₂，相比于常规脱碳系统（单位综合能耗为0.8828 kW·h/kg CO₂）降低了56.72%。

随着全球常规油气资源的日益枯竭，人类对非常规油气资源的开发日益重视。深层油气，作为一类极具潜力的非常规油气资源，展现出广阔的开发前景。然而，当前超深井钻探技术尚不成熟，钻探过程中仍面临诸多挑战，尤其是钻探设备难以承受井下高温等技术瓶颈。吸附式储冷设备，以其体积小、储冷密度高、工作温度范围宽广及耐振动等特性，成为高温乃至超高温钻探作业中制冷与温度维持系统的优选方案。为了与钻探设备相匹配，设计了一种模块化的圆柱形吸附式储冷系统，该系统采用NaY型沸石分子筛-水作为工质对，吸附床长度设定为0.87 m。该系统能够在200℃的井下环境中，连续30 h维持钻探设备内部电子元件的温度在125℃以下，充分满足单次井下作业的需求，为耐高温钻探设备的设计提供了一种全新的思路。

太阳能吸收制冷循环在额定工况下展现出高效的制冷性能，然而，其固有的缺陷在于变工况性能欠佳，甚至可能导致工作失效。作为一项几乎不依赖电能的制冷技术，太阳能吸收制冷技术面临着太阳能供应间歇性和用户侧需求波动性的双重挑战，这些因素严重影响了循环的工作效能。从系统内部参数与外部参数动态匹配的角度出发，运用现代控制理论，构建了太阳能单效LiBr-H₂O吸收式制冷循环的状态空间模型。通过稳态仿真与实验数据的对比，验证了该动态模型的有效性，并进一步探究了不同扰动因素下循环的动态响应特性。研究结果显示，所建立的状态空间动态模型能够准确地描述太阳能吸收制冷循环的动态行为，清晰地揭示了循环输入变量、状态变量与输出变量之间的动态关联。

余热回收是优化数据中心能耗结构与节能降碳的重要解决方案。构建了液冷数据中心余热驱动的压缩-吸收式制冷系统模型，探究了供给侧热源温度、冷却水温度等参数对系统制冷性能的影响，研究不同冷却条件下提供性能补偿的压缩比-冷却水温度协调方式，结合北京地区的全年气候特征分析了典型服务器在不同散热功率的余热驱动制冷性能。研究得出供给侧热源温度升高使得性能提升，压缩比从1.2增至1.8时冷却水温度范围拓宽6.5~8.7℃；在过渡季或冬季，良好的自然冷源条件可以实现高效的自然冷却或单效吸收式制冷；气温处于平均值的阶段，仅消耗少量压缩电功即可实现高效制冷，而在极端炎热气候下，需要消耗相当于余热量15%~20%的压缩电功以维持高效制冷。

在工业热需求脱碳化的趋势下，超高温热泵系统正逐步成为节能降耗的核心技术。尽管通过增加换热器和压缩机的数量，并优化其布局，已证实能有效提升系统性能，但这同时也增加了系统变量的复杂性，给系统的分析与优化带来了新的难题。为了简化数据维度并迅速锁定系统中的关键部件，基于特征重要性的变量选择技术应运而生。然而，传统的相关性分析方法在处理数据缺失问题时，往往难以输出稳定可靠的结果。为了突破这一局限，基于随机森林模型采用了一种新的特征重要性量化方法。分析结果显示，在处理含有数据缺失的100组不同数据集时，随机森林方法表现出了更强的泛化性能，其量化的特征重要性方差为0.11505，相较于相关系数方法的方差0.17055有所降低。此外，系统特征重要性的量化分析进一步揭示，耦合温度是影响该系统性能的核心因素，这一发现为系统的后续优化设计指明了关键路径。

随着《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》正式生效，R134a因其高全球变暖潜值(global warming potential，GWP)在未来汽车空调中使用受限。为研究低GWP制冷剂应用的可行性，首先基于热力学分析方法对R1234yf、R1234ze(E)、R290在4种实际汽车空调工况下进行性能分析与多因素评估，并与R134a进行对比；其次，建立续航模型，研究不同制冷剂在冬季不同环境温度下的续航性能。结果表明：与R134a相比，R1234yf具有相近的单位容积制冷/制热量，压缩机排量适配性强；R1234ze(E)和R134a的COP及制冷/制热效果相当；在冬季极寒工况下，R290表现出显著的性能优势，其COP_h和q_cv分别比R134a高2.3%、57.3%，此外，在热泵运行工况下，R290的续航里程衰减较R134a有所减缓。本研究为汽车空调领域高效、环保制冷剂替代应用提供了重要参考。

民用飞机空调系统为座舱提供舒适的热环境，是保障乘客健康安全的重要系统。目前民用飞机空调多采用三轮升压式高压除水系统，该系统以发动机引气作为热源、以冲压空气作为冷源，由此引起的燃油代偿损失不可忽略。为了分析民用飞机空调系统的经济性，本文建立了民机空调系统动态仿真模型，并提出了民机空调系统燃油代偿损失分析方法；基于系统动态仿真模型计算系统工作参数，结合发动机性能盘获取燃油比耗，实现系统的燃油代偿损失分析。结果表明，空调系统引气对系统燃油代偿损失影响较大，在巡航高度31000 ft下，空调系统引气产生的燃油代偿损失占系统燃油代偿总量的51.3%；空调系统引气整体优化10%，可使系统燃油代偿损失总量降低5.3%。

高原环境舱作为一种能够模拟高原条件的特殊设备，在特种设备测试领域具有重要作用，它能够在地面常规条件下提供高原低压、低温等极端运行环境，从而实现在地面常规条件下开展高原测试实验。基于天津市某汽车后勤装备动力设备高原环境模拟平台，对该平台的各个部分进行分析和合理简化后建立数学模型，并在Matlab/Simulink开展仿真研究。结果表明，该高原环境模拟平台的设备选型符合设定的环境试验要求，实现了环境试验舱的绿色高效设计。此外，通过研究PID控制器来研究该环境试验舱的控制逻辑，揭示了温度、湿度和压强之间的相互影响。温度对湿度的调控具有显著的影响，在降温时，当室外环境温度较高时，降温过程中湿度达到平衡所需的时间会相对较短，温度为-20℃时，平衡时间最短，仅需771 s。

多联机的能效评价指标已转换为全年性能系数（annual performance factor，APF）。实现多联机APF性能的提升，需要通过计算机仿真以提高设计效率。基于多联机的部件模型和求解方法，提出针对低温制热非稳态工况的修正方法，使用压缩机频率和室内外风机风速等因素对系统性能参数进行修正，获取除霜周期内系统性能的平均值，基于模块化的框架设计开发了多联机的APF性能仿真软件。通过实验数据对软件精度进行验证，软件对于APF单个工况的系统能力和功率的预测误差均在7%以内，对于系统总体APF的预测误差均在5%以内。结果表明，开发的多联机APF性能仿真软件具有良好的精度，能够满足系统优化的需要。

R1233zd(E)作为一种新型HCFOs类热泵工质，有着较高的临界温度（166.5℃）和较低的临界压力（3.62 MPa），十分适合于高温和高温热泵工况下应用。因此设计了R1233zd(E)高温热泵系统并搭建了热泵样机进行实验研究，结果表明在40~65℃的蒸发温度范围内，R1233zd(E)高温热泵样机可以稳定地实现120~145℃的超高温供热。在冷凝温度不变的情况下，R1233zd(E)高温热泵样机随着蒸发温度的升高，其功耗、制热量和COP都会升高。并且在蒸发温度为65℃，冷凝温度为145℃的工况下，R1233zd(E)高温热泵样机的功耗为43.2 kW，制热量为96.8 kW，COP为2.24。将该余热源高温热泵应用在热处理生产线中，供应120℃的高温热水，取代了原来的高温蒸汽进行加热，机组的制热量为104 kW，功耗为31 kW，COP可以达到3.4，系统能效十分优异。

六亚甲基二异氰酸酯（HDI）是一种重要的化学品，主要通过己二胺与光气之间的光气化反应合成。在异氰酸酯产品中，水解氯的含量是衡量其质量的关键指标之一，对产品的稳定性和性能具有举足轻重的影响。深入探讨HDI制备过程中副产物水解氯的生成机理，细致分析了氧气含量、加热时间以及过热温度等因素对水解氯种类及含量的具体影响，并据此提出了相应的控制策略。实验结果显示，胺溶液中氧气的存在对己二胺影响显著，氧气在胺受热过程中加速了水解氯的生成。因此，对胺溶液进行除氧预处理，可有效减少水解氯的生成量。同时，在确定己二胺的过热温度时，需在可接受的水解氯含量范围与避免设备堵塞现象之间进行合理权衡，力求在不引发设备堵塞的前提下，最大限度地减少水解氯的生成。

针对高寒地区设计了一套干燥藏药的太阳能水源热泵干燥系统。该系统集成了级数为三的梯级潜热储能（CTS）装置，用于热泵能源侧的热管理。相变材料的热物性参数源于制备的3种以三水合乙酸钠为基材的定型复合相变材料，通过COMSOL数值模拟得到CTS的热响应特性，依靠TRNSYS的动态仿真平台进行系统的模拟分析。系统在集成CTS装置前后结果表明：集成CTS装置后，干燥区域内的平均温度升高7.76℃，平均相对湿度降低8.5%，室内最大昼夜温差和最大昼夜相对湿度分别减小了5.35℃和14.67%；热泵的平均COP达到3.40，较未集成CTS装置的热泵提升了8.9%。CTS装置将日间太阳辐射热量储存并转移至夜间使用的循环模式有助于提升太阳能热泵系统运行效能和稳定性。

酿酒作为中国工业特色行业，生产工艺用热需求高，以其为代表的酒、饮料和精制茶制造业每年用热可达1.96×10⁸ GJ。基于其用热需求特点，有望率先开展工业用热电气化转型，为中国其他工业部门提供示范与技术参考。工业热泵具有能效高、低碳环保等优势，是工业用热电气化的关键技术。提出一套以工业热泵为核心的酿酒供热系统，并在实际应用中得到验证。运行效果表明，该方案供热稳定，展现出明显的运行成本优势，仅为燃气锅炉的57.5%、电锅炉的54.3%。随着热泵能效和可再生能源发电量占比的不断提高，工业热泵电气化供热技术将进一步展现出显著的减碳优势。

提出一种新型数据中心余热回收系统实验与分析，利用除湿换热器回收数据中心余热进行新风除湿，实现数据中心余热就地消纳。以上海某研究所冷板式液冷数据机房为研究对象，试制余热回收除湿系统进行除湿性能及余热回收性能的测试。实验结果表明，采用除湿换热器回收冷板式液冷数据机房的50℃余热对新风进行连续除湿，平均除湿性能系数（COP）最高可达8.85，在6 min、4500 m³/h工况下平均余热回收效率可达41.94%。

大力发展沼气是缓解我国天然气供应紧张的重要途径，但是沼气中CO₂含量高达20%以上，严重影响热值和储运。沼气脱碳后制LNG可显著提高热值和储运便捷性。本研究提出一种沼气超临界压力低温脱碳-液化耦合流程，以解决现有沼气低温脱碳技术中精馏易冻堵、低压凝华能耗高的难题。采用HYSYS软件和遗传算法对所提出的流程进行了建模和优化，结果表明，沼气在8.5 MPa下冷却到-131℃时可将CO₂脱除至0.5%。当CO₂含量在10%~30%时，系统比功耗为0.5295~0.6149 kWh/kg LNG，系统㶲效率为57.5%~62.1%。与基于双塔精馏、化学吸收、低压凝华等的工艺相比，在LNG密度仅降低11.9%时，可实现比功耗降低60%以上。

针对印刷电路板式换热器建立了三维分布参数模型，采用三维数组来描绘换热器芯体并划分控制单元，同时提出了一种基于向量矩阵的流路描述手段。将文献中提出的适用于印刷电路板式换热器天然气侧与水侧的换热及压降关联式应用于仿真模型中。建立了模型的控制方程，并开发了一种基于二分法的能量方程快速迭代算法。利用该算法，完成了某海上平台天然气压缩机后冷却器的性能仿真，成功获取了换热器的换热负荷、流路压降等关键参数。通过与现场生产数据的对比，验证了模型的计算精度。结果显示，基于该仿真模型计算的换热器平均换热误差低于5%，天然气侧的平均压降误差也小于10%。

容积式膨胀机在有机朗肯循环及压缩空气储能等系统中扮演着重要角色。尤其在面临高膨胀比的场合时，多级膨胀运行成为不可或缺的选择。本文依据三角转子膨胀机的三个工作腔的运行原理，构建了相应的模型，并针对两级串联三角转子膨胀机的运行特征及其影响因素展开了深入分析。研究结果显示，通过合理匹配膨胀机的容积与转速比例，可以实现66%的功率密度增长和47%的输出功率提升。与单级膨胀机相比，在设计的膨胀比条件下或实际膨胀比较高时，多级串联膨胀机的功率密度至少提高了15%，即多级串联膨胀机可适合大膨胀比或膨胀比波动较大的工况中。

为解决由于冰过冷度大导致的系统蓄/释冷效率低、换热器的过冷度和过热度均增大的问题，制备过冷度较低的相变材料是当前研究的热点。将十四烷封装在具有较好稳定性的聚苯乙烯壳材中是一种高效的解决方式。基于前期研究中筛选的交联剂种类及浓度，研究了复合乳化剂的亲水亲油平衡（HLB）值和反应温度对相变微胶囊形貌及性能的影响。结果表明，反应温度为60℃时，随着亲水亲油平衡值由16.50增加到40.00，胶囊粒径由2.735 μm增大至24.690 μm；亲水亲油平衡值为26.50时，随着反应温度由60℃升高至80℃时，胶囊粒径由2.735 μm增加至23.491 μm。上述所有制备的相变微胶囊（m-PCMs）均具有光滑的形貌。所有的实验结果表明，复合交联剂浓度为1.0%，乳化剂亲水亲油平衡值为26.50，反应温度为60℃时，微胶囊具备最大潜热值（148.12 J/g）和最小粒径（2.735 μm）。

液氢接收终端运行频繁，部件复杂，存在较大的漏氢威胁。因此，对潜在液氢泄漏造成的后果进行评估是必不可少的。基于伪源模型对日本神户液氢接收终端的液氢泄漏进行了数值模拟。从扩散和爆炸超压危害两方面评估了当前终端布局下泄漏孔径及风速风向对事故后果的影响。结果表明，较大的泄漏孔径、较低的风速、沿着顺风方向存在较大型障碍物均会使氢气云体积积累得更大，亦会造成更大的爆炸超压峰值。常见工况下全局最大爆炸超压均高于0.13790 bar（1 bar=0.1 MPa），会造成房屋的中度损坏和人员的中度损伤，不过控制室处的超压均小于0.06895 bar，在安全范围内。

目前国际社会对环保工质的需求越来越大，但由于环保工质往往具有一定的可燃性，其使用受到限制。实验测试了R227ea对环保工质R290可燃性的抑制效果，发现随着R227ea比例的增加，混合物的可燃下限逐渐上升，可燃上限先上升后下降，R227ea对R290可燃性的临界抑制比为3.35。提出在R227ea中加入R1216组成新型混合阻燃剂，以达到性能“优势互补”的目的。混合阻燃剂相比R227ea具有更大的单位容积制冷量，相比R1216具有更高的制冷系数和热导率，更低的黏度。比较三元混合工质R290/R227ea/R1216与纯工质R290的性能发现，当R290/R227ea/R1216的比例为21%/6%/73%时，其制冷系数和单位容积制冷量分别为R290的103.8%和94.2%，并且环保性和可燃性满足要求。研究结果对环保工质R290的安全应用及新型混合阻燃剂的研究具有参考意义。