在无围带涡轮动叶栅中，高温燃气在横向压差的作用下通过叶尖间隙，导致叶尖承受过高的热负荷。然而，传统的叶尖结构设计已不适用于恶劣的工作环境。因此，为降低叶尖热负荷以及抑制间隙泄漏流，本文旨在将交错肋、单侧尾缘肩壁和不规则肩壁应用于动叶顶部，组成带肋叶尖，并展开叶尖气热特性数值研究，以分析带肋叶尖对叶尖换热、泄漏流量和涡轮级效率的影响。数值结果表明，带肋叶尖有利于降低叶尖热负荷和泄漏流量。在本文所研究的带肋叶尖中，具有交错肋和更深尾缘腔室的带肋叶尖获得了最小的面积平均换热系数，相对于凹槽叶尖减少了31.41%。此外，带肋叶尖在前缘或中弦区域的密封结构相对于尾缘在抑制泄漏流方面更有效。

在飞机和发动机表面产生的积冰对飞行安全来说是一个严重威胁。在本文中，提出了一种基于多孔泡沫金属的新型热气防冰方式。以NACA0012翼型为例，计算表明传统热防护结构存在由于沿程热量散失而带来的防护热量不均问题。通过将翼型前腔划分为不同区域并进行相应的泡沫金属填充，计算分析该防护结构的内部流动阻力和换热特性，从而寻求防冰过程的最大效益。计算结果表明，在相同条件下，相比于未填充泡沫金属区域，填充了金属铜的区域不仅防冰区域的温度分布均匀性得到改善，其表面防护效果也因为壁面与热流间的换热增强而得到进一步提升，表面温度平均提高了20K。此外，所需的最小防护热气量减少了16.7%。多孔填料在强化传热方面的良好效果证实了用基于泡沫金属填充的简单防护结构取代高效但复杂的传热设计的可能性。 

了解复合材料部件的物理特征与导热路径之间的相关性有利于优化整体传热性能。在此，我们进行了数值模拟，以研究氧化铝（Al₂O₃）填充复合材料的热导率和热通量分布。通过实验数据和理论模型对有限元模型进行了验证。研究了界面热阻、基体和Al₂O₃填料的本征热导率以及Al₂O₃填料尺寸效应等关键因素的影响。对于单一的Al₂O₃填充复合材料，结果表明，增加基体的本征热导率有助于沿着传热方向桥接Al₂O₃通道，但通过提高Al₂O₃填料的本征导热率、调整Al₂O₃填料尺寸和降低界面热阻，所起的作用非常有限。在引入多尺度填料后，发现通过调节其尺寸匹配效果可以实现高导热性。在最佳二元比70:30（40μm:15μm）和三元比55:35:10（40μm/15μm:10μm）下，导热网络呈现出大尺寸填料的主导骨架和小尺寸填料的桥接分支特征，有利于形成完整连续的导热网络。本研究为Al2O3填充复合材料的导热设计提供了实用指导。

本文分析了大攻角下波状前缘幅值对翼型流场的影响。通过与实验结果的定量比较，本文验证了大涡模拟研究的准确性。在此基础上，基于非定常流场进行了本征正交值分解（POD）分析，确定了相应POD模态的流动机理，进而深入揭示波状前缘幅值对翼型流场的影响。由此发现，在大前缘幅值情况下，流向涡强度较大，和小幅值情况相比凸部的动量输运机制更显著，导致当地流动分离延迟。同时，波幅和波长对凹部层流分离气泡的产生有着重要影响。此外，由于在能量占优的POD模态中存在周期性的展向空间结构，在特定的展向凹部位置存在卡门涡脱落过程。随着波状前缘幅值的增加，卡门涡脱落过程逐渐减弱，翼型气动力的脉动特性得以改善。

在设计汽油替代物和添加剂时需要综合考虑其潜在的燃烧和排放性能，同时需要对燃料特性与结构的关系有深入的了解。本研究的目标是通过预测燃料分子的碳烟指数（YSI）来评估其在发动机应用中的排放特性。借助之前建立的燃料化合物数据库，其中包括了600多种化合物的物理和化学特性，例如辛烷值、层流燃烧速度和蒸汽化热，开发了一种基于人工神经网络技术的定量结构-性质关系（QSPR）模型，利用21个经过筛选的功能基描述符作为输入特征，预测燃料物种的YSI。该模型使用耶鲁大学提供的YSI数据库进行训练和交叉验证，并应用于探索燃料的成烟倾向性对分子基团的敏感性。此外，还研究了YSI与汽油燃料数据库中其他可用特性之间的相关性，以了解这些特性的依赖关系。最后，研究者通过考虑燃料的潜在热机效率和油烟形成特性，分别采用效率增益函数和YSI作为综合考虑因素，对潜在的汽油混合组分进行了选择。

航空发动机与燃气轮机压气机进口通常存在总压和旋流组合畸变，这不仅会恶化压气机效率，也会降低压气机稳定裕度。通过整合流动控制措施和压气机进口导叶设计有助于解决这一问题。本文发展了压气机全周二维和三维非轴对称导叶设计方法。首先，发展了全周二维和畸变区域三维数值模拟方法，其次，对压气机进口畸变特征进行了参数化，基于此，提出导叶几何参数轴向非轴对称参数化方法，这在兼顾进口畸变特征的同时显著降低了计算成本。进一步，对导叶不同径向位置几何进行了全周二维非轴对称设计，并对带重构所得导叶的压气机性能进行了数值模拟。此外，开展了畸变区域三维非轴对称导叶优化，以兼顾压气机效率和稳定裕度。结果表明，全周二维非轴对称导叶设计可降低畸变进气条件下的导叶总压损失，畸变区域三维非轴对称导叶设计可以拓宽压气机稳定裕度。

为进一步提高超临界二氧化碳循环系统的热力性能，本文建立了简单/再压缩跨临界二氧化碳布雷顿循环（STBC/RTBC）和简单/再压缩跨临界二氧化碳朗肯循环（STRC/RTRC），并对上述四个跨临界CO₂循环和简单/再压缩超临界布雷顿循环（SSBC/RSBC）进行了热力性能和㶲性能分析和优化，研究了关键热力学参数对循环系统性能的影响。研究结果表明，将跨临界布雷顿和朗肯循环应用于CO₂循环系统后，CO₂循环系统热力性能明显提高。在相同的优化变量范围内，与RSBC相比，RTRC和RTBC的最大热效率分别提高了4.98%和3.6%，RTRC的最大㶲效率分别提高了7.08%和5.13%。此外，STBC和STRC的热力性能也优于SSBC。本文对进一步提高CO₂动力循环的热力性能具有一定的参考和借鉴意义。

本文创新性的提出将矩形翅型涡产生器应用于百叶窗翅片-扁管式热交换器以提高其百叶窗翅片侧热工水力性能的方案。在经实验对baesline的压降△P和对流换热系数h_LF进行验证后，文中使用数值模拟方法研究了矩形翅型涡产生器的数量N（7至15）、攻角β（30°至90°）、高度HVG（0.8 mm至2 mm）和宽度WVG（0.8 mm-1.2 mm）在速度为3 m/s至10 m/s内时对百叶窗翅片-扁管式热交换器性能的影响。研究结果表明，百叶窗翅片-扁管式热交换器的热工水力性能受矩形翅型涡产生器的显著影响，且当N=15、β=45°、H_VG=1.8 mm和W_VG=1 mm时百叶窗翅片-扁管式热交换器达到最佳性能，相较于baseline此时性能评价准则（PEC）的最大、最小和平均增长了13.85%、4.67%和8.39%。

在管式相变储热器中添加翅片是提高相变储热单元性能的一种简单有效的方法。翅片的合理布置对于提高储能单元的性能至关重要。为了提高三重管储热单元的性能，本文提出了一种新型的V形翅片结构。通过数值模拟研究了储热系统的储热性能。首先，通过二维模型研究了不同V形翅片布置的三管式储能器的性能，并与传统矩形翅片结构进行了比较，得出了最佳翅片布置。结果表明，与传统的矩形翅片相比，具有最佳布置的V形翅片可以将相变材料（PCM）在储热单元中的熔化时间减少31.92%。在此基础上，研究了翅片角度和翅片厚度对储热单元的影响。然后，建立了储热单元的三维模型。详细讨论了传热流体（HTF）的流动参数（入口温度、入口流量）对其性能的影响。最后，对整个蓄热单元进行了储能分析。

翅片作为一种简单有效的强化传热方法，在潜热储热系统中得到了广泛的应用。然而，环形翅片和纵向翅片的选择一直存在争议。本文对相变材料在具有相同体积和三维占据空间的环形翅片和纵向翅片潜热储存装置内的融化过程进行了数值模拟。结合翅片结构，研究了自然对流、放置方式和传热流体入口方向对融化过程的影响。结果表明，环形翅片结构的融化时间始终比纵向翅片结构的融化时间少10%，说明环形翅片结构在潜热蓄热装置中的优越性。垂直放置时传热流体入口在底部的环形翅片结构融化时间更短。最后，提出了垂直放置时传热流体入口在底部结构的液相分数的关联式。

Utilizing the phase change materials in different thermal storage applications attains valuable attention due to the fascinating thermal properties of these materials. The comprehension of the thermal behaviour of phase change materials during the melting and solidification is considered a significant priority in designing the shape of the different containers. In this review, analytical, computational and experimental investigations that address solidification/freezing of phase change materials within thermal energy storage systems are discussed. Emphasis is placed on the role of the shape of adopted containers encompassing planar, spherical, cylindrical and annular vessels. Energy storage for solar thermal applications, waste heat recovery, and thermal management of buildings/computing platforms/photovoltaics has been the topics that benefit from these investigations. For all container shapes, the freezing process is controlled initially by natural convection, and a high solidification rate is observed. Later, the conduction dominates the process, and the freezing rate declines. The temperature and flow of cooling heat transfer fluid affect the solidification process, but the impact of heat transfer fluid temperature is more significant than its flow rate. Also, the freezing time increases with the container’s size and amount of contained PCM. The aspect ratio of the planar and vertical cylindrical cavities substantially influences the discharging time and rate. In contrast, the orientation of the annular cavity has a lower impact on the discharging process.

本生灯燃烧器是研究湍流-火焰相互作用的典型几何模型燃烧器。在大多数实验研究中，仅使用湍流强度和积分尺度来表征湍流流场，而不考虑湍流孔板的穿孔几何形状。然而，由于穿孔几何形状影响涡的形成和破碎，在讨论火焰-湍流相互作用时必须考虑。为了研究相近湍流强度和积分尺度条件下不同孔板的穿孔几何形状对甲烷/空气火焰的影响，采用动态增厚火焰模型进行大涡模拟。模型验证表明，大涡模拟与实验结果吻合较好。在无反应流动中，圆孔板条件下的涡拉伸项始终大于狭缝孔板条件下的涡拉伸项，这是由于流场中的应力对涡量矢量拉伸造成的。在反应流的火焰根部，旋涡拉伸起主要作用，圆孔板条件下的总涡量仍然较大。在圆孔板条件下，更多的小涡可以影响和皱折火焰前缘，从而增加大曲率下的概率密度分布。两种孔板的穿孔情况下的三维曲率分布均偏向于负值。瞬时火焰前缘的曲率呈负趋势，这是膨胀项影响的结果。圆孔板条件下火焰前缘的涡伸和膨胀值明显较大。

作为一种热效应制冷技术，压卡制冷技术正日益受到关注。据相关文献报道，新戊二醇（NPG）具有巨大的压卡效应，是一种极具潜力的压卡材料。然而，固-固相变温度高和导热率低限制了NPG在压卡制冷中的应用。本研究降低了NPG的固-固相变温度，并在此基础上提高了基于NPG压卡材料的导热率。首先制备了三羟甲基丙烷（TMP）质量分数为20%的NPG/TMP二元体系，该二元体系的固-固相变温度为283.15K。随后在该二元体系中加入石墨烯以提高热导率，最终确定了石墨烯最佳添加质量分数为5%。该复合材料的导热率达到了0.4 W/(m·K)，相比于二元体系提高了110%。为了预测导热率提升对压卡制冷循环中“取冷”过程的影响，本文建立了相关数值模型并进行模拟计算。结果表明，石墨烯质量分数为5%的复合材料作为压卡材料时压卡热制冷循环的“取冷”时间比二元体系作为压卡材料时缩短了50%。

甲烷干重整(DRM)工艺由于能够将CH₄和CO₂直接转化为高附加值合成气，近年来备受关注。开发具有高活性和稳定性的催化剂是DRM的关键。本研究采用溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法制备分别制备了LaNiO₃，研究制备方法对催化剂结构和DRM反应性能的影响。此外，还研究了所制备的LaNiO₃催化剂在蒸汽、CO₂和空气环境下的再生性能。结果表明，溶胶-凝胶法制备的LaNiO₃在750℃温度下具有最佳的DRM性能。在750℃时，由于制备过程中Na⁺离子的残留，水热法制备的样品的DRM性能受到抑制。再生试验表明，三种气氛均不能恢复样品中的LaNiO₃钙钛矿相，但可以消除DRM反应过程中样品中的碳沉积，因此样品在不同循环阶段均能保持稳定的DRM性能。

压卡制冷技术由于其性能高效且环境友好被认为是下一代替代制冷技术之一。近年来，许多研究人员一直致力于寻找具有大压卡效应的材料，而忽视了对压卡制冷系统及其热力学循环的研究。新戊二醇（NPG）由于其巨大的等温熵变和相对较低的运行压力，被认为是压卡制冷技术的潜在制冷剂之一。为了评估使用NPG的压卡制冷系统的性能，本研究基于NPG的亚稳态温熵图建立了逆布雷顿循环。从不可逆性、运行温度区间及运行压力等方面研究了该系统的性能，并利用有限速率传热进行了优化。通过揭示两个等压过程中不可逆的影响，为系统的优化设计提供了指导。结果表明，当系统完全利用NPG的相变区时，其COP可以达到8.8，对应温跨可以达到10K；而当系统在室温下运行且系统温跨可以达到10K时，其COP也可以达到3。此外，本研究揭示未来压卡制冷系统可以通过对固态制冷剂NPG的改进进一步提高其性能，为压卡制冷系统的发展提供了指导。

操作条件对固体氧化物电解池（SOEC）的电解性能和温度分布有巨大的影响。然而由于原位测试方法的局限性，很难通过实验获得电解池中的温度分布等信息。本研究建立了电化学-流场-温度场耦合的电解池三维数值模型，并通过对比实验的电流-电压曲线和电化学阻抗谱（EIS）数据进行了准确性验证。分析了包括操作温度、燃料中的蒸汽和氢气分压、燃料入口流速和入口温度等不同操作条件下的电解池性能和温度分布。结果表明，电解池性能随着操作温度的升高而提升；增加蒸汽分压提高了电解性能和温度分布均匀性，但降低了蒸汽转化率；过低的氢分压降低了燃料气体混合物的扩散能力并增加了浓度阻抗；虽然增加燃料气体流速提高了电解性能，但也降低了温度分布的均匀性，且较低的空气流速有利于提高温度分布的均匀性；燃料入口温度对电解性能影响相对较小，为了获得更均匀的温度分布，预热空气比预热燃料更重要。

采用数值模拟方法研究了180目铜网吸液芯超薄平板热管在不同加热功率下的传热性能。超薄平板热管外形尺寸为：长80mm，宽8.5 mm，高1mm。采用FLUENT中多孔介质模型和用户自定义函数(UDF)耦合的方式对超薄平板热管的温度分布和流动特性进行仿真模拟。为了验证数值模型的准确性，将超薄平板热管蒸发段温度的模拟结果与实验数据进行了对比。结果表明，该数值模型对于超薄平板热管的一维传热方法具有较好的精度。吸液芯的速度、压降和整体温差具有相同的变化趋势，随着加热功率的增加，超薄平板热管的整体温差增大，吸液芯内的流动压降和冷凝液回流速度也增大。

氢气是一种有可能取代化石能源用于交通、家庭和工业用途的清洁能源。为了增加氢气生产方式，减少化石能源的消耗，利用可再生能源产氢技术已经得到了广泛地发展。由于太阳能和生物质具有分布广泛、制氢方法多样的优势，大多数研究或评论工作都集中在此两类制氢系统。为了实现对当前可再生能源制氢技术发展状况的全面认识，本文对太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和水电能驱动的制氢系统进行了综述。对这些系统的反应过程、能源效率、外能效率、产氢率、经济和环境性能进行了评估，同时分析了它们的技术挑战和未来发展前景。

质子交换膜电解池 (PEMEC) 具有纯度高、功耗低特点，是一种极具发展前景的制氢技术。本文基于计算流体力学和有限元方法，利用三维非等温模型计算 PEMEC 性能，并研究膜/催化剂 (MEM/CL) 界面处电流密度、物质浓度和温度分布规律。此外，还研究了不同操作条件和不同设计参数对极化曲线、电能需求和电池效率的影响机制。研究结果表明，电流密度、氢浓度、氧浓度和温度的最大值位于中心肋下方并沿着出口的方向增加，而水浓度的最高值则位于通道下方并沿着出口方向减小。研究发现气体扩散层 (GDL) 厚度的增加有利于 MEM/CL 界面非均匀分布的减小。还发现将工作温度从 323 K 提高到 363 K ，可以降低电池电压和能量消耗。氢离子扩散随着阴极压力的增加而降低，这将增加能量消耗并降低电池效率。此外，增加 GDL 和膜的厚度会增加能量消耗并降低电效率，然而增加 GDL 孔隙率会降低电能需求并提高电池效率，因此建议使用薄的膜和孔隙率大的GDL。

Staged combustion of biomass is the most suitable thermo-chemical conversion for achieving lower gaseous emissions and higher fuel conversion rates. In a staged fixed bed combustion of biomass, combustion air is supplied in two stages. In the first stage, primary air is provided below the fuel, whereas in the later stage, secondary air is supplied in the freeboard region. The available literature on the effects of air staging (secondary air location) at a constant primary air flow rate on combustion characteristics in a batch-type fixed bed combustor is limited and hence warrants further investigations. This study resolves the effect of air staging, by varying the location of secondary air in the freeboard at five secondary to total air ratios in a batch-type fixed bed combustor. Results are reported for the effects of these controlled parameters on fuel conversion rate, overall gaseous emissions (CO₂, CO and NO_x) and temperature distributions. The fuel used throughout was densified hardwood pellets.
Results show that a primary freeboard length (distance between fuel bed top and secondary air injection) of 200 mm has higher fuel conversion rates and temperatures as well as lower CO emissions, at a secondary to total air ratio of 0.75 as compared to primary freeboard length of 300 mm. However, NO_x emissions were found to be lower for a primary freeboard length of 300 mm as compared to 200 mm. An increase in secondary to total air ratio from 0.33 to 0.75 resulted in higher freeboard temperatures and lower CO as well as NO_x emissions. The outcomes of this study will be helpful in the effective design of commercial scale biomass combustors for more efficient and environmentally friendly combustion.