了解连续水热反应器的停留时间分布（RTD）对提高产品质量和反应效率具有重要意义。本工作将在线测量系统连接到一个连续水热反应器上，以研究RTD的特性，并提出了一种通过寻找特征值来拟合和描述实验测量的RTD曲线的方法。通过实验测量了三组实验工况的RTD曲线，并计算了特征值。结果表明，增加总流量和延长有效反应器长度对平均停留时间有相反的影响，但它们都会使反应器内流动更接近平推流，并降低提前流出反应器的物料比例。在本工作范围内，支路流量比例对RTD特性没有显著影响，只是与平均停留时间呈弱负相关。此外，自然对流的搅拌效应会增加平均停留时间，尤其是在强制流动较弱的情况下。分析表明，在设计水热反应器和工况时，有必要考虑自然对流、强制流动和反应器尺寸的匹配来控制RTD。

环路热管（LHP）是一种先进且高效的两相传热单元。受重力影响，其运行特性在在微重力环境下与地面常重力环境相比可能会有所不同。我们对比了冷凝器温度在243.15 K至303.15 K的铜-丙烯环路热管在轨和地面测试中温度数据，对其运行性能进行了比较和分析。在八个多月的复杂轨道加热环境下，该环路热管成功启动超过193次，具有良好的传热特性和稳定的在轨启动特性。在热负荷较小（10.0 W）的情况下，该环路热管的平均启动时间为110.0 s,启动温差为5.71 K至12.78 K。当冷凝器温度达250.0 K时，该环路热管的在轨稳态传热温差为3.83 K，与地面试验测试结果的2.20 K相比，传热效果基本一致。本文结果可以为后续的环路热管空间设计和应用提供参考。

本文设计了包括碳化硅-氮化硼石墨烯发射器和具有光栅的石墨烯锑化铟电池的近场热光伏器件，以增强近场热光伏系统的性能。采用波动电动力学和严格的耦合波分析方法计算辐射传热量。研究发现，具有两个石墨烯带的近场热光伏系统由于石墨烯的强耦合效应而表现更好。本文讨论了石墨烯化学势的影响。研究表明，石墨烯强耦合效应引起的表面等离子体激元、表面声子激元、双曲声子激元和磁激元的耦合增强了热光电器件的近场辐射传热。本文计算了不同极性子的拉比分裂频率，以量化石墨烯强耦合效应的相互作用。最后，研究了单元光栅填充率的影响，发现磁极性子的激发受石墨烯带和电池填充率的影响。这项研究为石墨烯辅助热光电系统的增强机制提供了新的解释，并为提高近场热光伏系统输出功率提供了一种新的方法。

针对孔型和附加流向角对燃气轮机转子前缘区流动结构和温度场的影响开展了数值研究。研究基于GE-E3叶片，分析了四种典型孔型的影响并研究了每个孔型中附加流动角（E）对温度场的影响。结果表明，对于前缘区和吸力面，扇形孔在降低温度方面表现最好，降低了约43 K。这主要是由于扇形孔在孔展向上扩张最大。对于压力面，收束孔在降低温度方面表现最好，最大降低约47.2 K。不同孔型中E对前缘区温度的影响不尽相同。对于圆柱孔和收束孔，E=–20°的方案具有最低的区域平均温度。因为扇形孔和7-7-7形孔都是扩张孔，所以两种孔型中，前缘区温度随着E增加的变化趋势相似。即E=20°方案在孔出口附近具有最低的展向平均温度，而E=–20°方案在下游区域展向平均温度最低。

熔盐和超临界二氧化碳（sCO₂）被认为是第三代太阳能热发电最有潜力的组合换热工质之一。为评估氯化盐和碳酸盐在第三代太阳能热发电中存在的潜力，本文以熔盐和sCO₂作为印刷电路板换热器（PCHE）的工作介质，利用数值模拟的方式，对不同熔盐和sCO₂的PCHE通道进行了传热与摩擦研究，并分别建立了预测关联式。对翼型通道sCO₂侧进行了局部换热和摩擦研究，发现入口质量流量对其影响较大，入口温度对其影响比较小。对两种熔盐的传热和摩擦进行了综合比较，氯化盐的综合性能高出碳酸盐70%-80%。结果表明氯化盐在第三代太阳能热发电中的潜力远远大于碳酸盐。

超临界二氧化碳印刷电路板换热器有望应用于第三代太阳能热发电，然而超临界二氧化碳进入换热器时的均匀程度对换热器的综合性能有很大影响，为了提高入口集管对流量分配的均匀程度。本文通过数值模拟的方法对印刷电路板换热器的入口集管进行研究和结构优化。结果表明，当超临界二氧化碳流过集管腔时会产生涡流，涡流会增大流量的不均匀分配，减小涡流的产生会提高流量的均匀分配。当入口集管的无量纲因子为6时，双曲线构型为最优结构。还通过增加过渡段来减小涡流区域，结果表明当扩张角为10°时的结构最好，相比于双曲线构型不均匀度降低了21%，为工程实践提供了指导意义。

本文通过研究冲击/气膜冷却中凹坑、直肋和V形肋的传热和流动特性，致力于为涡轮叶片选择性能最佳的内部冷却结构。本文采用综合冷却效率和冷却剂消耗量来评价结构的整体冷却性能。为了分析结构改进所带来的影响，本文研究了叶片弦向/展向截面和冲击靶面上的流场。研究发现，通过对横流施加阻塞作用，冲击射流可得到有效的保护，从而增强靶面的传热性能。绕流肋比凹坑结构具有更强的对横流的阻塞作用。与绕流肋的阻塞效应相比，肋形状的改变对换热的影响可以忽略不计。通过在绕流肋之间安装凹坑，冲击靶面的换热性能得到进一步增强。通过安装肋/凹坑，冲击射流孔的流量系数增加，而气膜孔的流量系数降低。因此，气膜冷却性能开始恶化。同时，绕流肋和凹坑的安装有助于减少冷却剂的总消耗量。本文还分析了肋/凹坑对内外冷却结构的传热和出流状况的影响。通过分析，整体冷却性能最好的结构是具有带有凹坑和直肋的靶面，其叶片外壁温和冷却剂消耗分别降低了14.57~28.03 K和1.19%~1.81%。本文总结了凹坑的流动机理和影响冷却性能的因素，可为涡轮静叶设计提供一定的思路。

为探究叶顶结构对气膜冷效的影响，本文采用压力敏感漆测试技术对三种不同的叶顶结构进行气膜冷效实验，实验在自主搭建的平面叶栅实验台中完成，实验叶栅由3个直叶片构成。本文研究了吹风比、密度比、叶尖间隙及叶尖结构对叶顶气膜冷效的影响。实验结果发现，随着吹气比的增大，气膜的覆盖面积增大，大部分实验工况下气膜冷效增强。但同时存在气膜冷效随吹风比增大先升高后降低的现象，即存在最佳吹风比。密度比和叶尖间隙对叶顶气膜冷效的影响非常显著，冷气密度越大，射流动量越小，气膜覆盖效果越好。叶尖间隙越小，凹槽内部主流泄漏流对气膜覆盖的影响越小，平均气膜冷效越高。在三种叶顶结构中，斜肋台阶构型相比于其他两种叶顶结构在相同吹风比、叶尖间隙、密度比下能够表现出更好的气膜冷却效果。

SABRE发动机的空气预冷器是由数千根微细管组成的管束式换热器。冷氦在微细管束中流动，高速热空气在管外流动，并与管内的氦气进行热交换。本研究以外径为1 mm的微细管组成的叉排管束为研究对象。进行了系统仿真计算和数据整理。研究发现，传统管束的经验关联式已不再适用于微细管，并通过流场分析解释了其不适用的原因。此外，研究结果表明，微细叉排管束的平均传热系数不受热通量的影响，而是随着雷诺数的增加而增加，随着横向间距的增加而增大，随着纵向间距的增加逐渐减小。

低温回路热管是工作于低温环境下的高效传热设备，在航天卫星和电子等领域有着广阔的应用前景。低温回路热管的降温冷却过程是启动前非常关键的过程，二次回路是使低温回路热管实现降温冷却的主要方式，而目前大部分文献都是针对其正常工作时的传热特性开展研究工作，针对降温冷却过程的研究非常少见。本文针对带有二次回路的液氮温区低温回路热管的降温过程开展实验研究，根据能量守恒定律提出了简单地定性估算降温时间的方法，描述了降温过程中工质在低温回路热管内的两条流动路径，并且对不同次热负荷和工质充注量条件下降温过程进行了实验研究。随着次热负荷的增大，路径Ⅰ中的工质质量流量增大，使降温过程中的第Ш阶段时间显著下降。当工质充气压力在2.99 MPa至3.80 MPa范围内时，工质充注量对降温时间影响很小。但是当充气压力为2.8 MPa时，由于充气压力较低导致低温回路热管内液体工质不足，使其需要经历更长的降温时间。另外还对实验过程中重力作用对各部位温度变化的影响进行了分析。通过本文的研究工作，能够加深对低温回路热管降温过程的认识，有利于低温回路热管的优化工作。

对高效超超临界循环流化床锅炉均匀加热的水壁管内的临界热负荷（CHF）进行了实验和理论研究。特别是，实验压力从18-21 MPa不等，即从0.814-0.95临界压力。质量通量从310-550 kg·m^-2·s^-1不等。进口过冷度从5-10℃不等。管子的材料是12Cr1MoVg。通过实验调查，我们得到了水的近临界压力CHF测试数据。我们发现，CHF主要发生在干度小于0.4的情况下，而当压力接近22.115MPa或质量通量较小时，CHF发生得更早（低干度的情况下）。根据实验数据，通过回归和机器学习建立了CHF的相关函数。通过机器学习建立的相关关系，极大地提高了回归的准确性。为了从力学上研究CHF现象，在描述DNB型CHF的近表面气泡拥挤模型的基础上建立了一个理论模型。在建立CHF模型的过程中，根据我们的测试结果确定了摩擦阻力系数。通过与不同实验结果的比较，近表面气泡拥挤模型很适合描述DNB型CHF。该模型的计算结果可以为超超临界循环流化床锅炉的优化设计提供参考。

脉动热管(PHP)用于散热时其蒸发端直接与电子设备接触，控制良好的蒸发端温度均匀性是保证电子设备安全可靠运行的重要条件。基于此，本文以去离子水作为对照，主要针对以硬脂酸钠作溶质的表面活性剂溶液（浓度分别为0.001 wt%、0.002 wt%和0.004 wt%）在不同充液率（充液率分别为0.31、0.44和0.57）、不同热流密度下（ (1911–19 427) W/m²），脉动热管蒸发端温度均匀性进行了实验研究。实验结果表明，在所有测试工况下，PHP的最高温度通常出现在蒸发端的中间区域。随着热流密度的增加，工作流体流动模式变化，蒸发端中不同区域之间的温差先升高后降低。相比去离子水-PHP，硬脂酸钠溶液-PHP的蒸发端温度均匀性更好，这表明降低工作流体的表面张力可以提高PHP蒸发端温度均匀性。此外，在不同的充液率下，由于流体表面张力和粘度的共同影响，达到优化的蒸发温度均匀性所需的表面活性剂溶液浓度也不同。具体而言，当充液率为0.31和0.44时，最佳蒸发温度均匀性所对应的溶液浓度为0.004 wt%；而当充液率为0.57时，最佳蒸发温度均匀性所对应的溶液浓度为0.002 wt%。

双电层电容器作为一种新型绿色的储电器件，主要通过电极-电解质所形成的双电层结构来储存电能, 具有功率密度高、循环寿命长、动态响应快等优点，在消费电子产品、电动汽车以及电网等工业领域具有广阔的应用前景。双电层电容器的器件热管理问题关系到其工作性能和使用寿命，而双电层固液界面的传热研究对实现双电层电容器的高效热管理至关重要。在本项工作中，我们采用分子动力学模拟手段，计算了离子液体和石墨电极之间的界面热阻，研究了不同温度下不带电电极和带电电极的界面热阻。模拟结果显示，与不带电电极相比，带负电荷电极附近的界面热阻较之降低了23%，而温度对界面热阻的影响很小。因此，我们推测固液界面处形成的独特双电层结构可能影响着界面热传输性能。我们从离子间距、离子间相互作用力和比热容三个方面研究了电极电荷和工作温度对界面处离子液体传热性能的影响。研究发现，在电极电荷的影响下，双电层结构中的离子间距减小，离子间相互作用和比热容增加，这导致界面处离子液体的热阻降低；而温度对离子间距、离子间相互作用力和比热容的影响很小。

由于树脂基复合材料在许多关键工程领域中至关重要，因此其制造工艺非常值得研究和优化，以满足高生产率下的质量控制。本文结合浸渍理论，建立了热熔树脂在纤维织物中的流-热-力多物理场耦合模型，以树脂浸渍的均匀性和充分性为评价标准，对热熔树脂的渗透流动过程进行了表征、研究和优化。首先，通过相场法追踪树脂的渗透流动前沿来表征渗透流动过程。其次，综合研究了辊轮间隙、辊轮温度和辊轮走速的影响规律。然后，用多项式曲线拟合树脂浸渍程度的模拟数据，准确率达96.13%，用于进一步研究影响因素之间的相互作用。最后，基于上述结果，利用响应面法对浸渍工艺的操作参数组合进行了优化，为实际应用提供了指导。

文章对于环形通道中的液态铅铋共晶合金（LBE）的熵产和热力学不可逆性进行了研究。为了获得更佳的对流换热条件与探究近壁区液态铅铋合金流动特性，采用了基于有限体积法（FVM）的计算流体力学（CFD）程序。高温LBE在环形通道中强迫对流换热时，在内壁施加总热功率相同，但分布不同的四种热流密度：恒定、线性增加、线性减小、抛物线分布。模拟了不同热流分布下1200<Pe<3200范围内的LBE强迫对流换热。并采用了SST k-ω湍流模型与Cheng-Tak湍流普朗特数模型。在计算前进行了模型验证，结果表明Nu最大误差为5.43%。对于局部与系统尺度的流动与熵产特性进了行讨论，结果表明，粘性子层和缓冲层分别存在由粘性摩擦和传热引起的熵产生。传热是导致不可逆损耗的主要因素。此外，结果表明在抛物线分布热流条件下，热力学性能最佳

冲击冷却由于能在驻点区域产生极高的换热系数目前已受到了广泛的应用，超临界二氧化碳在临界温度附近的物性激变有望进一步提高换热系数。本研究在壁面热流400 W/cm²下对超临界二氧化碳层板单孔冲击冷却进行了数值模拟，分析了拟临界流体的产生原因及分布规律并解释了强化换热机理。此外还研究了射流孔径d=2 mm时无量纲冲击距离H/d 、层板厚度 δ/d、上层流体厚度L/d等层板几何参数对靶面平均换热系数的影响。研究表明，当前工况冲击靶面上1.4 mm≤r≤5 mm 区域内定压比热容C_p对换热有直接的强化作用；无量纲冲击距离H/d从0.5增大至4过程中，靶面的平均换热系数先增加后减小，在H/d=1时达到最大；无量纲板厚 δ/d从0.5增大至3.5、上层流体厚度L/d从0.5增大至2.5过程中，靶面上平均换热系数单调减小。

高效、紧凑的印刷电路板式换热器（PCHE）在下一代高温光热、先进核能S-CO₂循环发电系统中极具应用前景。然而，高温高压的工作条件要求PCHE在保持良好换热性能的同时，还要保持可靠的机械性能，因此开展PCHE流-热-力耦合特性研究对确保S-CO₂循环发电系统的安全、高效运行至关重要。本文构建了翼型PCHE的三维流-固耦合数值模型，分析了不同翼型翅片布置方式下PCHE的热动-换热-应力耦合特性，并对单个翼型翅片的应力分布情况进行了研究，获得了综合考虑流动换热特性和应力分布的较优翼型布置方式。针对翼型翅片两端应力集中导致的高应力问题，提出了直通道和翼型翅片通道相结合（直通道占通道总长度分别为2.56%和5.26%）的优化构型。结果表明，优化后PCHE的流动换热性能与基准结构相差在1.5%以内，但两种优化结构的最大应力分别降至241.33 MPa和237.07 MPa，显著降低了PCHE的应力强度。该结果为设计具有均匀应力分布和较优热工水力性能的翼型PCHE提供了新的见解。

Printed circuit heat exchangers (PCHEs) have great potential to be employed in the advanced nuclear reactor systems. In this work, the equivalent thermal conduction resistance of PCHE is studied. The influences of thermal convection resistance are analyzed. The results indicate that the equivalent thermal conduction resistance of PCHEs with unequal numbers of hot plates and cold plates are sensitive to the thermal convection resistance of hot side and cold side. Specifically, for case C which has unequal number of hot and cold channels, the maximum value of equivalent thermal conduction resistance can be 1.7–2.4 times the minimum value. The equivalent thermal conduction resistance is underestimated under the isothermal boundary. In addition, the non-uniformity of the lengths of all the heat flux lines determines the influence degree of thermal convection resistance on the equivalent thermal conduction resistance. For further investigation, Latin hypercube sampling method is adopted to generate a large number of design points for each PCHE configuration. Based on the sample data, mathematical correlations and artificial neural network (ANN) for prediction of equivalent thermal conduction resistance for each case are developed. The proposed correlations of equivalent thermal conduction resistance for each case have acceptable accuracy of prediction with a wide range covering general engineering applications. The ANN model can achieve much better prediction accuracy than the proposed correlations thus it is recommended in the cases that the prediction accuracy is considered as the priority need.

本文采用格子Boltzmann方法研究了泡沫金属与方柱混合结构的池沸腾传热性能和气泡行为。利用Gong-Cheng 的汽液相变模型和 Peng-Robinson状态方程，详细研究了泡沫金属厚度、孔隙率、柱高、柱宽与柱间距之比等结构参数对泡沫金属性能的影响。结果表明，混合结构在池沸腾传热中的表现优于纯柱状结构。混合结构通过流体扰动加速气泡生长，而金属骨架阻止气泡逃逸。柱宽与间距的最佳比值随热流密度的增加而减小，当柱宽与间距之比从5/3变为1/3时，换热系数可增加25%。增加柱高扩大了比表面积并为气泡运动提供空间从而增强传热。泡沫金属厚度和孔隙率对池沸腾传热性能影响不大，但对气泡运动有重要影响。

The Finite-Element Method (FEM) is mainly used to design Compact Heat Exchanger structures. However, the narrow channel structures require fine mesh to accurately compute stress and strain. Combined with the dimensions of the overall component, this leads to an excessively large numerical model and therefore long computing time. This is especially true for transient thermal analyses, which require taking into account the full geometry. It is therefore interesting to reduce the size of the mesh. Periodic homogenization is an efficient method for achieving this goal. It can be applied to the core of the structure when periodic patterns (identified on basis of the arrangement of the channels) exist. A method based on this technique, with some improvements, is proposed in this paper for thermal loading without internal pressure. In addition to the Equivalent Homogenous Medium (EHM) replacing the periodic patterns, some explicit channels are interposed between the EHM and the cover plates. This has two advantages. The first is to smooth the transition of stiffness between the cover plates and the homogenized medium. The second one is to be able to directly compute stress and strain on the most critical channels located in this area. This paper assesses the method’s effectiveness for thermal loadings in order to conduct thermal stress analyses. First, the equivalent elastic constants of the EHM are obtained with a numerical Finite Elements Method. Then, two 2D cases using EHM are compared against a 2D explicit model (i.e. explicit geometry for the core channels). These cases are chosen to validate the EHM itself and its effectiveness for a real section of the heat exchanger. Results show very good agreement with a relative difference lower than 1%. In addition, the sensitivity to the number of layers added between the EHM and the cover plates is analysed. It is recommended interposing at least two layers of patterns to obtain converged results for the considered configuration. Finally, a triangular mesh is considered to reduce the size of the model. No difference with a regular quadrangular mesh can be observed whereas the computing time is reduced. This method can be used to perform the design of any CHE under thermal loading as long as the channel arrangement shows periodicity.

压扁型超薄热管是解决狭小空间高热流密度散热问题的有效手段。决定压扁型超薄热管传热性能的因素包括：其整体形状和尺寸、吸液芯结构、工质种类以及充液率等。其中，充液率的变化不仅会改变热管内部工质的含量，还会影响内部工质气、液两相的空间分配占比。因此，探究充液率对压扁型超薄热管传热性能的影响规律对指导其生产应用具有至关重要的作用。本文对四组具有不同吸液芯结构的压扁型超薄热管分别进行了一系列充液率下的实验研究。结果表明，液体工质的填充体积应占据热管内部空腔总体积的22%~37%之间，以避免热管在运行过程中出现传热恶化。此外，本文建立了该压扁型超薄热管不同工况下蒸发器温度的预测模型，为其生产应用提供指引。

This paper discusses an improved thermal management system to ameliorate the performance of lithium-ion battery storage systems for electric vehicles (EVs) applications. A compact and lightweight cold plate is designed and fabricated to fit 18650-type lithium-ion batteries, using aluminum-finned copper tubes. A dynamic temperature PID (proportional, integral, differential) control algorithm for electronic expansion valves is developed to study using EV air conditioning refrigerant, R134a, to control battery modules’ temperature with this compact and lightweight thermal management system. The experimental results show that the proposed battery thermal management system can effectively control the battery module’s temperature. In addition, during 1C discharge, when the PID temperature algorithm control scheme is used, the maximum temperature difference across the battery module peaks at less than 4°C, and the maximum temperature within the battery module is less than 36°C.

The aim of the present work is to evaluate proton exchange membrane (PEM) fuel cell performance with a modified serpentine flow field with right angle turn by numerical modeling. A 3-D PEM fuel cell model of size 50 cm2 active area is developed. A conventional serpentine flow field is modified and the same is considered for the supply of reactants. Computational fluid dynamics (CFD) based simulations were conducted to analyse the pressure drop, distribution of reactants (H2 and O2), liquid water activity, current flux density and water content in the membrane. From the simulation results, polarization curve is drawn to validate the literature data of PEMFC with the conventional serpentine flow field. Comparison of simulated polarization curve with literature data revealed that modified serpentine flow field performance is better than conventional serpentine flow field as it offers better water exclusion and uniform sharing of reactants. From this study, it is concluded that model of flow field pattern influences the functioning of fuel cell and utmost care must take while selecting a pattern for flow field of PEM fuel cell.

为提高传感器的灵敏度，设计了一种新型带组合翅片对通道结构的质点振速传感器方案。利用传热和层流耦合的有限元方法，从微通道的传热特性、摩擦系数和敏感丝之间的温度差三个方面讨论翅片结构对传感器性能的改进进行分析结果表明与普通的矩形通道相比，带组合翅片对通道能够明显增强微通道传热效果，同时显著提高质点振速传感器的性能。最后，分析了组合翅片优化的几何形状和布置位置，获得最佳的传感器性能的参数方案。

The aim of this current work is to investigate the effects of operating parameters on heat transfer characteristics between gas and in-cylinder solid surfaces in a reciprocating compressor. A numerical model has been implemented in MATLAB based on mass balance, the first law of thermodynamics, and NIST REFPROP database for gas properties and thermodynamic relationships. The impacts of key parameters such as rotational speed, suction temperature, pressure ratio and suction pressure are particularly evaluated on heat transfer coefficient (HTC), heat flux (HF) and gas temperature. Results demonstrate that HTC increases markedly with the increase of rotational speed, pressure ratio and suction pressure, and decreases slightly with the increase of suction temperature; the instantaneous HF strengthens significantly with the increase of rotational speed, pressure ratio and suction pressure, whereas the mean HF magnitude transferred from gas to the wall decreases with the increase of rotational speed; the maximum gas temperature is more sensitive to suction temperature and pressure ratio.

动力电池热管理对于保证电动汽车和混合动力汽车的安全、长效运行是非常关键的。本文首先采用数值模拟方法对电池单体和模块的温度场进行分析，结果证实电池单体和模块的最高温度和最大温差均随电池充放电倍率的增加而升高。在室温为20℃的自然冷却条件下，当电池模块充放电倍率为2C时，其最高温度可以达到61.1℃。本文采用了一种基于平板微热管阵列的电池热管理系统，并通过实验对比了不同冷却条件的电池模块的冷却效果，包括自然冷却、平板微热管阵列和风扇辅助的平板微热管阵列冷却。采用风扇辅助的平板微热管阵列冷却方式下，电池模块在2C倍率下的最高温度为43.4℃，远低于仅采用自然冷却下的温度水平。同时采用平板微热管阵列的冷却方案也明显降低了电池温差。实验结果证明了基于平板微热管阵列的电池热管理系统在保证电池工作温度范围和温度均匀性方面的可靠性和优越性。

多孔介质内晶体相变涉及热力学、流体力学、化学等多过程耦合，其相变伴随产生的温度变化是探明晶体生长与分解过程传热特性必不可少的重要参数。目前，常规热电偶测温仅适用于分布式点温分析且容易破坏样品、红外热感成像非常受限于被检测样品的透明程度，亟需发展一种多孔介质内原位测温技术。因此，本文基于氢质子化学位移的温度依赖特性，利用9.4 T 1H核磁共振成像系统，首次开发了适用于多孔介质内的3D GRE脉冲序列与核磁测温方法，同步获取了水合物晶体分解过程的幅值图与相位图，反演得到水饱和度、水合物饱和度以及温度场的时间与空间变化，该研究结果对于优化水合物相变过程，比如天然气水合物开采、水合物蓄冷技术利用具有重要意义。

室外塔端的有源天线单元(AAU)是支撑5G移动通信的关键设备。为了防止夏季AAU设别的温度过高，必须采取有效的降温措施。本文建立了室外环境下双芯片AAU器件的数值模型，研究了自然对流和太阳辐射耦合作用下AAU器件的表面温度分布。此外，还讨论了翅片数目、翅片高度和热流密度对冷却性能的影响。结果表明，本文中翅片数为12的散热效果最好。相比之下，增加翅片高度仍然是提高翅片在室外条件下的冷却性能和抵抗芯片热冲击的有效途径。此外，在翅片上打孔、增加石墨散热器和降低表面发射率是改善散热性能的有效途径。优化后，最高温度总共降低了3.5℃。换言之，这些优化对冷却性能的贡献相当于翅片高度增加了9 mm。

印刷电路热交换器被认为是超临界二氧化碳布雷顿循环中最有应用前景的热交换器。作为同时承受高压和热负荷的关键部件，印刷电路板换热器的结构完整性评估至关重要。本文采用有限元法对船用超临界二氧化碳布雷顿循环余热回收系统中作为回热器和预冷器的印刷电路板换热器进行了结构强度评估，并与ASME规范中目前使用的方法进行了比较。研究了温度和压力对冷热侧应力分布的影响，并讨论了影响冷热侧强度的主要因素。在此基础上，对设计条件下印刷电路板换热器的应力强度进行了详细的研究，结果表明:除了在通道尖端附近有一个集中区域外，最大的应力出现在通道半圆弧的中部。印刷电路板换热器的应力主要由压力和温差引起，温度的影响最小。在设计条件下，温度场和压力场的耦合作用对总应力的影响比较复杂。综合对比，有限元法是一种比ASME规范更全面的结构评估方法。最后，对印刷电路板换热器进行了进一步的结构优化，以确保最大的使用寿命。研究工作可为超临界二氧化碳布雷顿循环中印刷电路板换热器的结构完整性评估提供理论指导。

U型通道是热交换器中常见的单元结构，其压力损失和传热特性对于热交换器的综合性能有重要的影响。本文结合超临界CO₂的物性特点，采用数值方法研究了导流叶片结构对U型通道内超临界CO₂流动与传热特性的影响。研究表明，合理的导流叶片结构能有效减小超临界CO₂在U型通道内的流动分离，进而大大降低流动损失。其中，整体式导流叶片能够使超临界CO₂流体的压力损失减少36.7%左右。同时，导流叶片结构也改变了超临界CO₂流经转弯区域后的回流涡系结构，多重分离涡系的相互作用造成了不同程度的高、低速流体掺混，进而改变了U型通道中的换热系数分布。因此，导流叶片结构对于超临界CO₂在U型通道内的流动传热特性有重要的影响。合理的导流叶片结构设计，可用于优化超临界CO₂在U型通道内的压力损失和换热分布。

本文在考虑汤姆森效应、接触热（电）阻、封装间隙热泄漏、热沉热阻以及热负荷影响的基础上，建立一维的热力学模型以评估热电制冷器件（TEC）的器件级性能。通过引入无量纲参数对性能预测模型进行简化和推广。性能预测结果与实验测试结果吻合度良好。通过参数化分析表明，汤姆森效应对TEC制冷量的影响随着电流的增加而不断增大，而对COP的影响几乎不随电流变化。与接触电阻相比，低的接触热阻更有利于获得较低的TEC热结温度，在案例研究中可以降低 2 K。封装间隙热泄漏是影响制冷性能的不利因素。当热沉的热阻较小时，热泄漏对TEC制冷性能的不利影响会进一步扩大。增加热负荷温有利于提升TEC的制冷能力。例如，热负荷每增加 5 K，制冷性能可以增加约 4%。但是，一旦电流超过最佳值，对性能的提升作用就会减弱。本研究将为从事TEC系统优化的设计人员提供一种分析方法。

基于燃气轮机机组实际运行数据和随温度变化的材料特性，建立了复合冷却叶片模型和可靠的边界条件。通过系统的瞬态热-流-固耦合模拟，分析了叶片在启动、停机和变负荷工况下的瞬态流场和温度场。结合所获得的瞬态温度场数据，利用非线性有限元方法研究了这些瞬态运行过程对透平叶片热应力特性的影响。结果表明，叶片表面的温度和压力随着负荷水平的增加而增加，反之亦然。随着启动过程的进行，叶片表面气膜冷却以及内部气流对流换热效果不断增强，叶片压力面和叶尖尾缘的高温区域逐渐消失。叶片平台进气边及叶尖前缘会产生局部高温区，最高温度可达1280K。在温度梯度高温侧出现的高热应力通常发生在温度梯度大且几何形状变化显著的地方。对于启动/停机过程，热应力的增加/减少率与负荷变化率正相关。负荷的轻微变化 (1.52%/min) 会导致热应力的显著变化 (41%)。在变负荷运行工况下，虽然热应力对负荷变化不太敏感，但由于热应力基础水平较高，仍需要仔细控制负荷的上升或下降速率。

回路热管是航天卫星、电子以及诸多其他领域中的极具吸引力的两相热控设备，它们能够在各种方向条件下通过数米的距离进行高效传热。本文针对具有长距离、小管径传输管路的回路热管传热特性开展研究工作，采用内径为2mm和3mm的小管径不锈钢管分别作为回路热管的液体管路和气体管路。针对传热距离为6米的回路热管，对其蒸发器局部热阻进行了研究和分析，结果表明铝块与蒸汽槽道中的蒸汽之间的传热热阻在总热阻中占很大比例。通过对10℃、15℃、20℃和25℃不同水冷温度下传热距离为6米的回路热管传热性能进行对比，研究热沉温度对回路热管传热性能的影响。另外，还针对2米、6米和16米不同传热距离的回路热管传热特性进行了实验研究，在蒸发器温度低于100℃的前提下，传热距离为16米的回路热管的传热能力可达100W，传热距离为2米的回路热管的传热能力超过339W。传热距离为2米的回路热管的传热热阻可低至0.125℃/W。

本文通过数值计算和实验测试研究了粗糙靶面的流动和传热特性，并与平板进行了比较。本文提出了三种新型的流线型粗糙单元：类圆形突起，类梯形直肋，以及类梯形弯肋。实验采用瞬态热色液晶在有机玻璃模型中进行。研究了射流雷诺数、肋高度和肋形状对努塞尔数和流量系数的影响。更高的肋提供了更高的换热增强。弯曲的肋提供了更好的传热性能。在实验范围内，组合式直肋靶板和组合式弯肋靶板的面平均努塞尔数分别增加了11.5%和13.8%。数值模拟研究表明，突起可以缩短喷嘴到靶板的距离，使转捩点向前移动。肋对横流有引导作用，减少对下游射流的横向干扰。粗糙单元的侧表面带来的热通量是非常明显的，由突起和肋的侧表面贡献的热通量分别达到26%和10%。

本文给出了温度测控稳定性极限与温度分辨率之间的数理关系，特别是使用铑铁电阻温度计和交流电阻桥测控温。在此基础上，对基准级气体测温装置中不同工况下铑铁电阻温度计控温进行了研究。基于优化的参数，在5-24.5K温度区间实现了μK级的控温稳定性，180小时（7.5天）的控温稳定性优于8μK（积分时间33.6s），接近传感器和仪器的测控温极限。与我们之前的工作相比（Chen et al., Cryogenics 2019 97 1-6），本文控温稳定性在24.5K时提高了(44±8)%、在5K时提高了(70±7)%。

本文探讨了格子玻尔兹曼方法（LBM）在复合材料内导热-辐射耦合传热问题中的应用。文章首先针对辐射传输方程，建立了30速度和38速度的LBM模型，并给出了各方向权系数的计算方法。接着引入了导热的有限容积方法（FVM）和辐射的离散坐标方法（DOM），对比了LBM-LBM、FVM-LBM和FVM-DOM几种组合模型在二维和三维导热-辐射耦合传热问题中的应用。结果表明26速度的D3Q26-LBM模型在计算辐射传输方程时精度较低，而D3Q30-LBM和D3Q38-LBM的精度与DOM较为一致。对于导热问题，LBM在模型松弛系数较大时存在较大误差。因此，其在应用于组分导热系数差异较大的复合材料传热问题中存在局限。最后，采用LBM辐射模型，在复合材料传热计算中会比FVM-DOM模型具有更高的计算效率。综合考虑计算精度和计算效率，推荐采用FVM-D3Q30-LBM耦合模型。

采用光滑粒子流体力学方法研究了在真空或蒸汽室中过热液滴蒸发的蒸发和沸腾。基于Navier-Stokes-Korteweg方程和范德华状态方程，建立了具有扩散界面的汽液两相流体的数值模型，可用于分析不同初始温度和密度条件下液滴的自发相分离过程。首先通过范德华状态方程的理论分析数据验证了液滴的相平衡状态，并将液滴表面张力与其他人的实验结果和数值模拟结果进行了比较，吻合良好。其次，在液滴从蒸发到沸腾的动态过程中，分析了液滴的形态、密度、温度和熵增量的变化过程。并总结出四种相变模式，即从表面蒸发、内部气泡、碎片和爆炸，以及闪蒸，其相变模式主要取决于液滴的等效过热度，即无量纲的过热度与表面张力的比值。研究结果表明，当等效过热度小于1/3时，表面蒸发时形状不变，仅液滴温度和密度略有下降。如果超过1/3，液滴内部会产生稳定的空泡。我们用畴生长理论计算了液滴破碎产生的液核和液环的生长规律。我们发现，液滴在等效过热度接近0.52时，液滴内部有明显的气泡膨胀但外部液环可以维持稳定。当等效过热度大于1时，液滴的生长和膨胀将导致液环碎裂，液滴爆炸形成许多小的二次液滴。这些二次液滴的平均质量和平均直径与膨胀率呈幂律关系。当等效过热度大于3时，液滴发生快速闪蒸。其内外压力差与环境压力呈负的线性关系。另外还发现，相比增加环境压力，增加环境气体密度可以更好地延缓冲击波的传播速度。

阿尔法磁谱仪（AMS）的配电系统（PDS）频繁出现高温预警。为探明原因，本文建立了国际空间站（ISS）普通运行工况和特殊运行工况下AMS PDS的理论热流模型。基于该模型，研究了PDS处的热流变化及温度响应，评估了ISS特殊操作对PDS外热流的影响。结果表明，当β角为-25°时PDS处的总外热流达到最大，这也正是-25°β角附近PDS高温预警频繁发生的根本原因。在ISS普通运行工况下，PDS的温度响应迟滞从116秒到230秒不等。当ISS执行特殊操作时，锁定ISS太阳能电池板对PDS的外热流和温度影响最大，可引起PDS的轨道平均温度下降1.7℃。当ISS同期执行多项特殊操作时，锁定ISS太阳能电池板并同期调整ISS的飞行姿态发生次数最多，对PDS的温度影响也最大，可引起PDS的峰值温度变化2.5℃。

与纯工质相比，非共沸混合物能平衡环境保护、热源匹配和系统安全性的要求，并表现出优异的热力学性能。然而，与广泛应用的纯工质相比，非共沸混合工质在热力学循环中的应用很少。并且现有文献缺乏对非共沸混合工质在制冷系统、有机朗肯循环系统和功冷并供系统中应用的全面的总结。近年来，非共沸混合工质正以前所未有的速度发展，同时工质的组成成分也不可避免地在这一过程中被探索。本文综述了非共沸混合工质在制冷系统、有机朗肯循环系统、功冷并供系统等领域的研究进展。通过对非共沸混合工质的综述，对其之后的应用发展提出了合理的预测。在未来，环境问题仍将是最重要的被关注问题之一。因此，由天然碳氢化合物和二氧化碳组成的环保的非共沸混合工质具有很大的发展潜力。此外，由天然工质组成的非共沸混合工质可以提高组合系统的综合能源利用效率，并将在未来的碳减排技术中发挥重要作用。

粗糙结构的几何尺寸以及蒸汽混合物中不凝气体对液滴的成核位置和润湿状态有很大影响，进而影响凝结换热的热流。本文采用多组分格子玻尔兹曼方法和热相变模型研究粗糙表面的珠状冷凝现象。首先研究了方柱高度、宽度和柱间距等几何尺寸的影响。并在此基础上，研究了不凝气对粗糙表面冷凝液滴接触角的影响。结果表明:粗糙表面在较大的柱间距、宽度和较小的高度处，局部热流通量和湿润面积较大，而成核等待时间较短;随着方柱高度的增加和柱间距的减小，成核位置从槽底向槽顶上升，同时所形成的液滴接触角较大，且更容易保持非润湿的Cassie状态。当存在不凝气体时粗糙表面的疏水性也显著提高。