随着探测识别技术的发展，红外隐身对于军事目标实现反侦察探测具有重要价值。目前红外隐身材料普遍存在结构复杂、辐射调控不便、制备步骤繁琐等不足，极大限制了红外隐身材料的应用。针对红外隐身材料上述不足，受自然界金枪鱼温度响应机制启发，本文提出了一种利用VO₂热致变色特性来调节目标表面发射率的多层红外隐身薄膜，通过智能化的可逆辐射调节机制来满足不同实际场景下坦克的红外隐身需求。研究结果显示，当温度从300 K升高到373 K时，薄膜在8-14 μm波段的峰值发射率从94%降低到20%，可以实现8-14 μm波段高温目标的红外隐身功能。经进一步结构优化，多层红外隐身膜在3-5 μm和8-14 μm波段的平均发射率在373K时分别降低至34%和27%，并在5-8 μm波段的峰值发射率可达65%，实现了目标在3-5 μm和8-14 μm双波段红外隐身和5-8μm波段的散热功能。基于VO₂热致变色的多层红外隐身膜具有结构简单、辐射调控便捷、制备简单等特点。

高频脉冲管制冷机（HPTC）因结构紧凑，没有低温运动部件，是一种颇具应用前景的小型低温制冷技术。然而，受限于⁴He的非理想气体效应，HPTC 很难在液氦温区获得较高制冷性能。³He 作为工质可以有效提升 HPTC 的制冷性能，但其高昂的成本阻碍了它的广泛应用。为兼顾制冷性能和成本，本文探讨了利用 ³He-⁴He 混合物作为 HPTC 工质的可行性。首先开展了基于 ⁴He 的 HPTC实验研究，在总功耗为 575 W 的情况下，最低测试温度为 3.26 K；在 4.2 K 时的冷量为 20.8 mW。进一步依据工质热物性，计算了不同组分 ³He-⁴He 混合物为工质时制冷机的理论最高效率。然后对 HPTC 进行了整机建模，探究了不同组分工质对双向进气和惯性管等结构参数以及压力和频率等运行参数的影响规律。计算结果表明，如果使用等摩尔 3He-4He 混合工质和纯 ³He工质，4.2 K时制冷量有望分别提高至 36 mW 和 53 mW。

激光闪射法被广泛应用于高导热碳膜材料的导热性能评价，虽已建立相应的测量规范，但在具体测量过程中仍存在诸多尚未明确的测试细节，导致其导热性能评估存在显著偏差，甚至在已报道的研究工作中还存在着测试混乱和错误的情况。本文针对使用激光闪射仪测量石墨质膜导热性能过程中存在的误差因素，提出了可靠测量方案。根据激光闪射法测量的基本原理、测量要求及样品厚度适用范围，讨论了测试过程中表面预处理条件、仪器参数设置及数据分析与后处理等对测试结果的影响，并提出了相应的测试建议，以期实现碳基薄膜材料导热性能的准确评估与一致性认识。此外，还扩展了石墨烯厚膜和常见各向同性材料的激光闪射仪导热测量，以满足多元化的热测量要求。

目前的光伏电池红外波段有高发射率，在光伏光热综合利用中会产生巨大的辐射热损失并降低光热性能。这项工作的目的是评估CdTe太阳能电池的全光谱吸收/发射率，以找到适合光伏光热综合利用的光谱选择性光伏电池。为此，通过紫外-可见-近红外分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪测试了不同配置的CdTe太阳能电池的太阳波段吸收率和中红外热发射率。实验结果表明，基板配置的CdTe电池在AM1.5太阳光谱加权吸收率达到0.91，中红外发射率低至仅0.29，而上层配置的电池发射率高达0.90.进一步研究表明，顶部具有透明导电层的基板配置电池可以在柔性金属箔表面生长，并且具有高太阳能吸收率和低中红外发射率的光谱选择性，在未来的光伏光热综合利用中应进一步研究。

相变材料是一种高效的储热材料，在建筑节能、余热回收、电池热管理等多个领域有着广阔的应用前景。特别是无机水合盐相变材料，由于价格低廉、不易燃等优点，越来越受到研究人员的青睐。然而，无机水合盐相变材料在应用过程中仍然受到其相变温度、液相泄漏、过冷度大和相分离严重等方面的限制。本研究选择三水合醋酸钠作为基础无机相变材料，并通过使用各种功能添加剂改性，制备出具有良好热性能的新型形状稳定的复合相变材料。首先，使用了乙酰胺来调节三水合醋酸钠的熔点，制备出三水醋酸钠-乙酰胺二元混合物。然后，将二元混合物与膨胀石墨复合，合成了一种新型形状稳定的复合相变材料。系统地研究了制备得到的复合相变材料的热物理性质。并对得到的形状稳定复合相变材料的微观形貌和化学结构进行了表征和分析。结果表明，乙酰胺可以有效降低三水合醋酸钠的熔点。使用18%乙酰胺和12%膨胀石墨改性获得的形状稳定复合相变材料，具有良好的定形效果和热物理性能：其过冷度仅为1.75°C，熔化温度为40.77°C，潜热为151.64 kJ/kg，热导率高达1.411 W/(mŸK)。此外，所制备的形状稳定复合相变材料在经历50次加速熔化-凝固循环后，表现出良好的热可靠性。

有效阴极流场设计可以实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的内部水平衡和更高的电流密度输出。因此，本研究提出了一种分段式水管理流场，即一种半分离半耦合阴极(HSHC)流场，它有两个入口，却只有一个出口。采用质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维数值模型，研究了HSHC流场对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响及其运行策略。研究结果表明: 与两种常规阴极流场相比，HSHC流场在阴极化学计量比为3.25时，改善了通道内的水平衡，使电流密度提高了17.1%。这是由于 HSHC流场可以克服通道上游的失水和通道下游的积水。观察到HSHC流场中的抽水现象(DWP)，其主要受通道水汽压力的影响。基于DWP，可以利用冷却通道进口流量来调节水平衡，但要避免严重脱水。另外，HSHC 流场的进口温度控制应该是电池温度>阴极通道进口温度>冷却通道进口温度>环境温度，以实现更好的水平衡。

700℃二次再热超超临界燃煤发电技术是煤炭高效清洁利用的主要发展方向之一。为了解决 700℃二次再热超超临界燃煤机组回热系统抽汽过热度高造成的火用损失较大的问题，本文提出2种系统优化方案。方案1集成BEST汽轮机，方案2同时集成BEST汽轮机和外置式蒸汽冷却器。采用 Ebsilon Professional软件对机组热力系统进行建模，采用单耗分析法分析不同方案在变工况下的能耗分布情况。结果表明：与 700℃基准机组相比，方案1和2的发电煤耗分别降低了1.88 g·(kW·h)^-1, 2.97 g·(kW·h)^-1，方案1和方案2回热加热系统的平均抽汽过热度分别降低122.2℃, 140.7℃ (100% THA)。方案2的性能优于方案1和基准机组,方案2在100% THA工况下的发电煤耗和发电效率分别达到232.08 g·(kW·h)^-1 and 52.96%。

本文实验测量了不同温度下石英窗口的本征导热系数与光谱吸收系数。首先，采用FTIR光谱仪（含加热装置）测量获得窗口的光谱透过率，结合辐射传递过程建模和遗传算法构建的反演辨识模型，获得窗口不同温度下的光谱吸收系数。再设计了一种石英玻璃-石墨板-石英玻璃的多层结构，通过自研的高温瞬态热响应测试装置，测量该多层结构的瞬态热响应温度数据。将吸收系数作为输入，建立了该多层结构的辐射-导热耦合传热模型和石英窗口本征导热系数反演辨识模型，基于热响应实测数据，反演辨识获得石英窗口不同温度下的本征导热系数。最后，数值模拟讨论了吸收系数温度依变性和光谱选择性对石英窗口传热特性的影响。结果表明，石英窗口的吸收系数和本征导热系数随温度升高均有所增加；温度从常温到1100 K，本征导热系数从1.35增长到2.52 W/(m·K)。考虑辐射效应的有效导热系数在1100 K时比本征导热系数高26.4%。随着半透明材料温度依赖性的吸收系数增加，其非加热侧温度呈现先增加后减小的趋势。同时，材料的吸收系数如果随波长变化明显，采用非灰辐射-导热耦合传热模型可以更好的描述该类材料的传热特征。

优化换热器翅片布置和尺寸，可以提高将废热转化为电能的温差发电系统最大输出功率。考虑到几何对称结构有利于提高温度均匀性和方便热电器件的布置，本文研制了一种基于多面体热交换器的低背压温差发电系统。为了评估内部拓扑结构和翅片参数对系统传热和输出功率的影响，建立了一个可实现的k-ɛ湍流数值模型，并进行了数值模拟验证。结果表明，增大翅片长度、翅片宽度和翅片夹角有利于提高温差发电系统的平均表面温度、温度分布均匀性和最大输出功率。适当减小翅片间距有助于提高温差发电系统的平均表面温度和最大功率，但对系统温度均匀性的影响不显著。优化后的翅片长度、宽度、夹角和翅片间距的插片可以提高输出功率，但会增加背压。实验结果与仿真结果的最大差值为3.2%，验证了所建立的数值模型的可行性。本研究为汽车尾气余热回收利用低背压温差发电系统的优化设计和性能分析提供了理论参考。

太阳能与燃料电池技术相结合产生的合成气燃料是未来绿色能源解决碳中和问题的一种很有前景的方法。本文设计了一种新型太阳能驱动固体氧化物电解槽系统，该系统集成了余热系统以制备合成气。太阳能光伏和抛物线槽集热器共同驱动固体氧化物电解槽，以提高系统效率。建立了各部件的热力学模型，并进行了能量、（火用）和（火用经济）分析，以评估系统的性能。在设计工况下，太阳能光伏发电由于其转换效率较低，占总（火用）损失的88.46%。经济性分析表明，燃料电池组件的经济性系数较高，为89.56%，这是因为其投资成本较大。讨论了电流密度、工作温度、压力和摩尔分数等关键参数对系统性能的影响。结果表明，当SOEC的温度、压力和水蒸气摩尔分数分别为1223.K、0.MPa和50%时，最佳能量效率和（火用）效率分别为19.04%和19.90%。

本研究提出了一种以地质聚合物为粘结剂，林业废弃物为填料的生物质复合保温材料，并对其制备过程和性能进行了实验研究。首先，采用正交试验法分析了制备地质聚合物的最佳理论氧化物摩尔比及混合水与粘结剂（m_w2:m_B）质量比。其次，通过实验研究了生物质复合保温材料的养护方法（包括一段和两段养护方法）和质量比mw2:mB对材料力学性能、热工性能和水力性能的影响。结果表明，制备无机地质聚合物的最佳组合方案为摩尔比，及质量比m_w2:m_B=0.5，其能达到的最高抗压强度为34.21 MPa；生物质复合保温材料的最佳养护条件为两段养护法，养护温度可为85℃和70℃，其热导系数分别为0.123 W/(m•K)和0.125 W/(m•K)，抗压强度为1.70 MPa和1.71 MPa；生物质保温材料的最佳质量比m_w2:m_B为0.5～0.55，其导热系数为0.114～0.125 W/(m•K)。本文所研究的新型复合保温材料具有优异的物理性能，有助于实现建筑节能。

本文详细介绍了一款用于微型燃气轮机的80kW、60000rpm高速永磁电机的多物理场综合设计方法。首先，根据电磁与机械设计理论初步确定了高速永磁电机的电磁方案。然后，详细分析了碳纤维护套厚度、转子直径以及铁心长度对转子应力和转子动力学性能的影响，得到转子直径和铁心长度的优化范围。在此基础上，对多个电磁方案的电磁与损耗特性进行了优化分析，得到高速永磁电机的最终设计方案。然后，基于流固耦合模型对最终方案进行进行了热分析，以验证此方案的合理性。为了准确预测转子应力分布，将计算得到的电机温度场导入转子应力计算模型，并对碳纤维护套进行了分层、多角度缠绕，最终得到分别适用于样机制作和批量生产的转子模型。最后，基于上述高速永磁电机的设计，制作了样机进行性能试验，以验证此多物理设计方法的准确性。

燃气轮机的使用越来越广泛，其研发和生产体现了一个国家的工业能力和水平。由于多变的工作环境，通常燃气轮机都是工作在环境温度、载荷和燃料等多种工况同时变化的条件下。然而目前的研究以单工况变化为主，未充分考虑不同条件同时变化的情况。本文在单工况的基础上进一步研究燃气轮机的温度-载荷、燃料-载荷和燃料-温度三种双变工况性能。首先建立了燃气轮机的整机模型，其中压气机模型对燃气轮机性能影响最大，因此本文结合了gPROMs的工程建模优势和MATLAB神经网络强大的数学计算能力，得到了更为精确的压气机模型。然后以天然气燃料的变工况为基础，分别研究了部分载荷、环境温度和改烧另外四种煤制气这三个因素中两个因素同时变化时，燃机轮机的运行性能状况，即燃气轮机双变工况性能，这其中主要以出力和效率两个参数的变化为主。研究结果表明随着环境温度的升高，燃气轮机效率和功率输出会下降；随着燃料热值的降低，功率输出和燃气轮机效率增加；随着载荷降低燃气轮的效率降低，这些变化规律与单变工况一致，但在燃料和温度同时变化时仅调节IGV角度无法避免燃气轮机在30℃以上时出现喘振现象，此时需要调节抽气率来辅助调节才可使燃气轮机安全稳定运行。因此，燃气轮机双变工况研究对燃气轮机的调峰运行具有重要的参考意义。