锂离子电池是未来电动汽车和储能技术发展的重要组成部分和储能单元。因此，为应对锂离子电池的温度敏感性，维护锂离子电池的安全运行，采用合适的电池热管理系统（BTMS）是非常有必要的。本文从小规模电池组和大规模电化学储能电站（EESPS）两个方面探讨了目前主要的BTM策略和研究热点。详细介绍了各种散热方式（空气散热、液体散热、PCM散热、热管散热、混合冷却散热）的实际应用情况、优缺点及未来发展趋势。其中，结合工程应用，对风冷和液冷进行了深入的讨论，对PCM、热管和混合冷却的最新研究进展进行了阐述。本研究对BTMS在各个规模尺度上的研究提供了一个全面的认识。

为实现含氢综合能源系统的低碳经济运行，平抑新能源出力波动性对系统影响，重点研究了掺氢燃气轮机与电解槽协同的运行模式。建立了储氢蓄热混合储能方案和电-氢-冷-热转换的综合能源系统优化调度模型，提出了一种基于深度学习预测和反馈的模型预测控制策略，并用误差惩罚系数证明了该策略的有效性和优越性。此外，氢能交易和阶梯碳交易的引入可以有效地指导多个典型场景下含氢综合能源系统的低碳经济运行，敏感性分析表明，掺氢比和阶梯碳基价是平衡系统运行成本和碳排放的重要因素。

直接孔隙尺度和体积平均数值模拟是研究多孔介质太阳能吸热器性能的两种有效方式。为了阐明不同数值方法在预测传热过程中的差异，本文在稳态和瞬态条件下开展了两种方法的对比研究。数值模型分别基于X射线计算机断层扫描和局部热非平衡模型建立，体积平均数值模拟中不可或缺的经验参数通过蒙特卡罗光线追踪法和直接孔隙尺度数值模拟确定。体积平均数值模拟方法预测的吸热器出口空气温度与直接孔隙尺度模拟结果吻合良好，随着吸热器工作温度升高，预测差异逐渐增大，稳态和瞬态数值模拟的最大相对误差分别为5.5%和3.68%。然而，体积平均方法无法捕捉空气和多孔骨架的局部温度信息，低估了吸热器的入口温度，导致对吸热器热效率的高估，最大相对误差为6.51%。比较结果表明，在准确地选取经验参数的基础上，体积平均方法能够实现吸热器瞬态和稳态性能的快速、准确预测。

先进偶氮苯材料的研发是实现高效太阳能光异构化储能技术的基础。其中，对偶氮苯材料特性与性能的综合表征是认识和评估材料的关键。本文对高性能偶氮苯材料制备过程中的结构和性能表征技术进行了综述，深入概况了相关的实验方法、目标、机理和应用情况，阐明了材料结构与性能之间的内在联系。此外，该综述还阐述了各相关表征技术的优势及局限性，并介绍了偶氮苯光异构化储能技术在太阳能转化利用中的潜力及重要性。

超临界CO₂布雷顿循环具有效率高、系统结构紧凑等优点，在发电领域具有巨大应用潜力。以自冷凝CO₂跨临界动力循环为研究对象，建立了循环性能理论分析模型，分别分析了无回热循环、后回热循环、先回热循环和再回热循环四种不同系统布局。结果表明：随着冷却压强的增大和冷却终温的降低，内部正循环占整个循环的比重增大；超临界加热器的热负荷随冷却压强的增大而减小。从性能上看，再回热循环和先回热循环的热效率相似，且远高于其他两种系统布局。除冷却终温为31°C时的工况，热效率和净输出功率随冷却压强的变化均存在极大值。同时考虑到复杂性和经济性，先回热循环比其他系统布局更优。在冷却终温为35°C时，先回热循环的热效率在冷却压强为8.4 MPa时达到峰值0.34，净输出功率在冷却压强为8.2 MPa时达到峰值2355.24 kW。

串列叶片是一种可以延迟分离的流动控制方法。本研究利用数值方法探究了扩压因子和节距比对串列叶片流动结构的影响。单个叶片扩压因子从0.328变化到0.484。节距比从0.80变化到0.92。结果表明，损失系数随扩压因子的增加而增加，随节距比的增加而减小。前叶片叶根角区失速出现在所有研究的情况。间隙流决定了后叶片的角区分离情况。改变节距比和扩压因子会改变间隙流的动量分布。后叶片的角区分离会由于通道涡卷吸低动量间隙流和前叶片的叶根角区失速流体而受到抑制。增加扩压因子会导致后叶片的攻角发生变化，从而导致后叶片角区分离的变化。将串列叶片与参考的出口单列叶片进行对比。所有攻角下，串列叶片的性能都优于参考叶片。在设计攻角下，损失系数降低了26.35%，增压能力提高了7.89%。串列叶片在正攻角下的流动失稳是由前叶片的叶根角区失速造成的。间隙流的强度会随着攻角的增加而提高，从而防止后叶片在正攻角时发生角区分离。

接触热阻作为一种重要而有效的接触传热指标，是传热过程中普遍存在的现象。在能源、航空航天、电子封装、低温制冷等领域，可以直接影响产品的可靠性、满负荷性能、功耗甚至生命周期。因此，增强界面传热和抑制接触热阻变得越来越重要。在此背景下，本文阐述了热接触热阻的概念以及减小接触热阻的方法。在回顾了现有的接触热阻测量方法和表征界面形态的基础上，重点介绍了接触热阻的理论基础，包括接触界面的二维数学特征以及量化接触热阻的理论和经验模型。然后阐述了热、力、几何对于接触热阻的影响。在宏观机理的基础上，总结了现有的抑制接触热阻的方法，重点回顾了聚合物复合热界面材料和填充高导热填料的金属界面材料以及新材料的开发方法。

Recent research and development on ramjet and supersonic combustion ramjet (scramjet) engines is concerned with producing greater thrust, higher speed, or lower emission. This is most likely driven by the fact that supersonic/hypersonic propulsion systems have a broad range of applications in military sectors. The performances of such supersonic/hypersonic propulsion systems depend on a series of physical and thermodynamic parameters, such as the fuel types, flight conditions, geometries and sizes of the engines, engine inlet pressure/velocity. As a propulsion system, a stable and efficient combustion is desirable. However, self-excited large-amplitude combustion oscillations (also known as combustion instabilities) have been observed in liquid- and solid-propellant ramjet and scramjet engines, which may be due to acoustic resonance between inlet and nozzle, vortex kinematics (large coherent structures), and acoustic-convective wave coupling mechanisms due to combustion. Such intensified pressure oscillations are undesirable, since they can lead to violent structural vibration, and overheating. How to enhance and predict the engines’ stability behaviors is another challenge for engine manufacturers. The present work surveys the research and development in ramjet combustion and combustion instabilities in ramjet engines. Typical active and passive controls of ramjet combustion instabilities are then reviewed. To support this review, a case study of combustion instability in solid-fueled ramjet is provided. The popular mode decomposition algorithms such as DMD (dynamic mode decomposition) and POD (proper orthogonal decomposition) are discussed and applied to shed lights on the ramjet combustion instability in the present case study.

由于成本低、传热传质能力强及容易达到超临界点的优势，超临界二氧化碳近年来在许多工程设备中得到了应用。由于超临界CO₂在临界点附近热物理性质的急剧变化，使得超临界CO₂在管内的传热和流动行为变得复杂，受到了人们的广泛关注。本文的主要目的是对已发表的关于超临界CO₂管内流动传热特性的研究成果进行总结。首先介绍了影响超临界CO₂在光滑管内流动的边界条件相关参数。其次，总结了常用的处理超临界CO₂内部流动的湍流和数学模型。然后介绍了有关设计参数、形状和构型产生的几何效应的研究工作，并介绍了近年来超临界CO₂的实际应用情况。最后，对管内超临界CO₂的发展现状和未来面临的挑战进行了分析和总结。

超临界二氧化碳（sCO₂）循环可由多种能源驱动，是未来的研究热点。为了帮助用户获得比预设压缩机效率的文献更准确的结果，我们提出了一个完整的模型，在压缩机的性能、尺寸和功率W_C、入口温度T_in、入口压力P_in 和压力比ɛ等参数之间建立联系。压缩机的特征尺寸l_c、叶型损失Y_p和叶顶间隙损失Y_cl 都与W_C的幂成正比，幂值分别为 0.5、-0.075 以及 -0.5~0。压缩机等熵效率η_tt随着W_C的增加单调递增，且效率曲线逐渐平缓。当压缩机转速取运行工况对应的最佳值而非3000 r/min时，压缩机效率有所提高，且压缩机效率-功率曲线更加平缓。当P_in和T_in接近临界点时，压缩机效率增加。当ɛ增加时，压缩机效率呈抛物线分布，这种分布形式是由级内损失变化与叶片压力分布两因素共同导致的。由于各损失项的占比对压缩机功率不敏感，因此压缩机效率与温压参数的关系在全容量范围内相对稳定。压缩机效率图有助于估算系统性能，而不可逆损耗和特性长度的比例法则以及恒定标准分析有助于理解不同容量压缩机的特性。

吸收式循环是回收利用低温热的一种很有前途的方法，对实现“碳达峰”和“碳中和”的目标起着至关重要的作用。作为分布式能源系统的重要组成部分，吸收式循环可以回收各种形式的低品位热量，以满足冷却、加热和用电需求。因此，它具有广泛的应用场景和巨大的节能潜力。然而，目前吸收式循环仅在有限的场景中实现了大规模应用。因此，它的技术成熟度和社会接受度需要进一步提高，其应用范围也需要扩大。本文从不同低品位热量的利用出发，综述了吸收式制冷循环、吸收式热泵循环和吸收式动力循环等各种吸收式循环应用研究的重大进展。根据目前的研究结果，吸收式循环在节能和减少二氧化碳排放方面发挥着关键作用。它们已被应用于废热回收、供热、干燥、储能、海水淡化、制冷、除湿和发电，带来了巨大的经济效益。随后本文总结了吸收式循环在当前应用中面临的主要挑战，并在此基础上讨论和展望了吸收式循环未来的发展方向。本文为吸收式循环的应用研究提供了参考，旨在最大限度地发挥其在实现全球碳中和方面的潜力。

超临界二氧化碳(SCO₂)离心压缩机是SCO₂闭式布雷顿循环系统中的关键部件。深入了解压缩机内部的损失机制对于优化设计至关重要。然而，接近临界点时，SCO₂的物理特性高度非线性，压缩机内部流动与其特性密切相关，这不可避免地影响了压缩机内气动损失的产生。本文通过实验验证的数值方法对压缩机的损失机制进行了全面分析。首先，数值模拟方法针对Sandia SCO₂压缩机的实验结果进行了验证。其次，比较了使用SCO₂、理想二氧化碳（ICO₂）和理想空气（IAir）三种流体时压缩机的性能和损失分布。结果显示，在低流量系数下，SCO₂的性能与IAir相当，但在接近堵塞条件下明显不如其他两种流体。三种流体中的损失分布有明显区别。在叶轮中，SCO₂效率最低，其次是ICO₂和IAir。随着流量系数的增加，这些差异被放大。这是由于更强的叶顶区域周向压力梯度加剧了在轮盖/轮毂端壁上的边界层累积。此外，由于SCO₂的声速降低，激波在喉部区域更早出现，导致SCO₂叶轮内出现显著的边界层分离现象。

本文提出了一种新型带热回收的喷射-复叠制冷系统，回收高温级压缩机的排气余热驱动喷射器，实现高温级过冷的同时，对高温压缩机进行补气。建立了系统分析的数学模型，进行能量和㶲分析并与常规复叠制冷系统进行对比。研究结果表明：新型带热回收的喷射复叠制冷系统具有功耗低、总㶲损少且性能系数高的优点，适用于制取较低温度的工况。在典型工况下，相较于常规复叠制冷系统，新系统的COP提高了9.58%，㶲效率降低了9.50%。

通过添加新型纵向翅片，可以提高热能储存装置（TESU）的传热效率。本研究使用有限体积法（FVM）分析了一系列TESU，以确定翅片角度对传热性能的影响。结果表明：随着翅片角度的增大，TESU率先增大后减小，在 60° 时达到最大值，与0°、15°、30°、45°和 80°相比，硬脂酸的熔化时间分别减少了30.9%、28.58%、21.99%、9.02% 和 18.1%。此外，还发现相变材料在TESU底部的熔化时间明显更长。随着翅片角度的增大，这一阶段的时间百分比也随之减小，分别为 7%、14%、23%、33% 和 20%。此外，还采用了响应面方法 (RSM)，通过最小化总熔化时间来优化纵向翅片。分析结果表明：当翅片角度为 58.68°时，硬脂酸的完全熔化时间比0°时缩短了44%。这些发现弥补了纵向翅片设计角度对熔化性能影响的不足，为水平放置纵向翅片热能储存装置的设计提供了参考。

在长期充放电循环后，锂离子电池内部会发生各种材料的分解、结构变化和分布不均等劣化现象，进而影响锂离子电池的性能以及安全性。为了提高电池在生命周期内的性能，电池在进行成组时会预设一定的夹紧力来控制电池厚度的变化。不同的预紧力又会反过来影响电池的循环特性和产热特性。针对这一问题，本文以NCM811/硅碳体系软包锂离子电池为研究对象，对不同预紧力下的电池进行了充放电循环测试，进而采用等温量热仪测试了不同SOH和不同预紧力下电池的产热特性，并基于此建立了电池产热功率随SOH变化的经验预测模型。研究结果表明：当预紧力为5 N·m时，电池容量衰减最慢并且平均产热功率最低；IC曲线的特征峰值变化可以用来表征电极活性锂的损失，进而表征电池产热功率的变化；电池平均产热功率主要受SOH的影响，电池平均产热功率随SOH的降低会经历一段波谷，过了临界点以后平均产热功率会持续增大。这些发现共同强调了预紧力、SOH和产热特性之间错综复杂的关系，强调了调整最佳预紧力对提高锂离子电池效率的重要意义。

压气机中的流动十分复杂，其中包含流动分离和逆压力梯度，基于雷诺平均湍流模型的数值仿真流场通常会或多或少偏离实验测量结果。为了提高流场预测精度，减少数值仿真与实验测量之间的偏差，提出了一种基于深度神经学习和ℓ₁正则的实验数据驱动的压气机流场预测方法，为获得高可信度的流场，校正了进口边界条件和湍流模型参数。独立使用了S-A和SST湍流模型性相互验证预测结果，并使用敏感性分析方法获得关键参数的贡献。结果显示本文提出的算法可以减小约70%的预测偏差，两种湍流模型预测出的流场几乎相同即预测结果基本独立于湍流模型。进口边界条件的修正主要减小了前半弦长的预测偏差，而湍流模型的修正主要减小了吸力面尾缘流动分离的过渡预测。

热力学循环路径决定着热电转换工作过程与效率，热再生电化学循环（TREC）所有工作过程中均伴随着热量的变化（吸热或放热），对TREC热力学状态具有较大的影响，从而致使TREC热电转换特性与传统的埃里克森循环相比偏差较大。针对这一问题，本文对TREC进行了系统的热力学分析并针对有限时间、有限热源、无限时间、无限热源等多种实际情况建立了热力学过程描述和相应的数学模型，并深入探讨了实际运行过程与理想分析方法不协调所产生的性能数值偏差，及关键参数对系统性能的影响。 研究表明，当系统实际运行时间短于理想平衡所需时间时，应采用有限分析方法。若此时使用无限分析方法则会与实际情况产生偏差，偏差的大小与运行时间直接相关，而当运行时间达到平衡时间的80%时，这种偏差可控制在2%以下。 热源对系统运行阶段的影响主要体现在平衡时的温度和温度平衡速率上。 这种影响与热电容成正比，也与系统性能成正相关。 因此，为了提高系统性能，建议选择热容与系统热容比较高的高/低温热源，并且等压吸放热阶段的时间应略微超过系统平衡所需的时间。

随着可移动装置的广泛应用以及分布式发电规模的扩大，传统能源供给模式面临挑战，而甲醇在线重整制氢耦合低温燃料电池发电系统因高效便捷、环保安全、紧凑灵活、易于小型化等优势在分布式发电领域展现巨大的应用潜力。本文提出了一种不使用外部热源的情况下燃料原位重整制氢耦合PEMFC发电的一体化系统，实现了甲醇的高效利用和系统运行的灵活性，为移动装备和分布式能源系统提供一种新的解决方案，通过敏感性分析研究了主要运行参数对系统性能的影响，系统最佳水醇比在1.15-1.25之间；通过余热的梯级利用，提高了系统的热力学性能，余热利用效率为72.60%；通过系统集成，系统余热和PEMFC废气的化学能得到有效利用，驱动燃料热化学转化，在设计工况下，该系统的发电效率和㶲效率分别为44.59%和39.70%。该研究为燃料热化学制氢与燃料电池耦合发电的高效集成系统提供了行之有效的方法，揭示了甲醇制氢和质子交换膜燃料电池互补利用的优势。

对四种不同开孔率的管壳式熔盐电加热器的流动和换热特性进行了数值模拟。管壳式电加热器具有相同的几何结构和布管方式，且均采用单弓形折流板，但存在四种不同的折流板开孔率(φ)，即0%、2.52%、4.06%、6.31%。结果表明，在折流板上合理开孔可以显著降低壳程流动压力损失，有效降低壳侧流动死区面积，并且能够明显消除电加热管表面存在的局部高温现象，但是换热系数略有下降。所有开孔方案与未开孔的基准方案相比，壳侧压降均有明显降低。特别是φ=6.31%时，在所有方案中表现最佳，其壳侧压降比未开孔方案降低至多50.50%。在计算范围内，φ=0%的对流换热系数最高，分别比φ=2.52%，4.06%，6.31%高5.26%~5.73%，5.14%~5.99%，7.31%~8.54%。所有开孔方案的综合指数h/Δp^1/3均比未开孔方案高，其中φ=6.31%的综合性能最好，综合指数比未开孔方案提高了15.29%~17.18%。

针对未来航空发动机运行面临的极端热负荷及含尘、含沙等恶劣环境需求，本研究提出了一种兼顾高效冷却与抗颗粒沉积性能的新型振荡射流冷却策略。实验研究表明：相比于经典的777型孔，新型振荡射流的绝热冷效提升高达70%，颗粒沉积厚度减少可达28%。由于型孔射流的周期性扫掠和增强的流向动量，新设计能够提供更宽广的冷气覆盖，并且将粘附的颗粒从壁面吹离，从而降低沉积。本研究首次探索了同时考虑气膜冷却性能和抗颗粒沉积的新型冷却策略，为下一代涡轮叶片的冷却设计提供了一种有潜力的设计概念。

随着各国提出碳中和目标，能源结构的清洁转型已成为国际上的热点和潮流。可再生能源发电将占主要比例，但这也导致了电力供应不稳定的问题。目前，大规模储能技术还不成熟。提高燃煤发电厂的灵活性以抑制可再生能源发电的不稳定性是一条可行的途径。热能储存是提高燃煤电厂灵活性的可行技术。本文综述了基于储热技术的燃煤电厂柔性改造研究，主要包括基于热水罐的中低温储热和基于熔盐的高温储热。总结了目前的技术难点，并对未来的发展前景进行了展望。热能储存系统和燃煤发电系统的结合是基础，倾斜温度层的控制和熔盐的选择与开发是关键问题。作者希望本文的研究能为燃煤电厂的柔性改造研究提供参考，也希望能促进蓄热基础在具体燃煤电厂改造项目中的应用。

燃气轮机轮缘封严泄漏流与主流相互作用机理的研究对于优化热管理系统、提升气动效率具有重要价值。高速旋转转子的实验测量难以实现，而采用预旋方法模拟旋转效应可为实验测量提供有效途径。本研究旨在评估预旋方法对旋转效应模拟的有效性，通过开展7种旋流比工况的静止状态与旋转状态数值模拟，重点揭示预旋与旋转的内在作用机理。研究结果表明：预旋和旋转使轮缘封严泄漏流产生相对于叶片的周向速度，这会削弱端壁冷却效果（弱化效应）；而预旋降低了逆压梯度，旋转则作用于通道涡产生科里奥利力，二者均可增强端壁冷却效果（强化效应）。在预旋工况下，弱化效应占据主导；而在旋转工况下，上述两种效应均未呈现显著的单一主导趋势。

PV/T系统可以同时将太阳辐射转化为电能和热能，其在太阳资源丰富的中国西北地区具有巨大的潜力。本文通过在兰州进行的详尽实验分析，评估了一种微型热管（M-HP）PV/T系统的效能。为了提高M-HP-PV/T系统的性能，研究对比了每日和全年最佳倾角。温室内的系统表现出平均电能转换效率（PCE）为12.32%和热能转换效率（TCE）为42.81%。外部环境中的系统则记录了平均PCE和TCE分别为12.99%和21.08%。为了进一步理解系统的运行结果，通过整合实验数据构建了一个数学模型，模拟结果与实测观察结果吻合良好。每日最佳倾角的平均太阳辐照度为728.3 W/m²，全年最佳倾角为29°，其平均太阳辐照度为705.6 W/m²。温室内外最佳角度的年平均总功率分别为 448.0 W和398.7 W。温室外和温室内最佳角度的年平均总效率分别为40.8%和56.9%。温室内的总功率降低了49.3 W，而温室内的总效率提高了16.1%。

损失模型的选择对一维平均流线分析中获得离心压缩机的性能有显著影响。本文基于Augier、Coppage和Jansen提出的经典损失模型，提出了一套优化的损失模型。讨论了在NASA低速离心压缩机（LSCC）的22-36 kg/s质量流量下，由三套模型预测的损失比例和变化规律。结果表明：表面摩擦损失、扩散损失、圆盘摩擦损失、间隙损失、叶片负荷损失、再循环损失和无叶扩压器损失权重均大于10%，在性能预测中占主导地位。因此，这些损失被考虑在新损失模型的组成中。此外，采用多目标优化方法（GA）对损失系数进行校正，以获得最终优化的损失模型。与实验数据相比，三种经典模型的绝热最大相对误差为7.22%，而优化损失模型计算的最大相对误差为1.22%，降低了6%。同样，与原始模型相比，总压比的最大相对误差也降低了。因此，当前优化的模型在趋势和精度方面都比经典损失模型提供了更可靠的性能预测。

本文针对1.5级轴流跨音压气机开展非定常数值模拟，以探究非定常扰动产生机制。首先利用试验测量数据对数值仿真结果进行了校核，在数值与试验结果一致性较好的前提下对压气机非定常流动机理进行深入分析。通过设置虚拟探针对近失速工况流场进行监测，确定非定常扰动源于动叶叶顶区域，且叶片压力面扰动最强，其频率呈宽频特性。结合叶顶瞬态流场特征分析，发现泄漏涡与激波干涉使得泄漏涡破碎，其产生的新涡核在流场中迁移诱发了非定常压力扰动。进一步分析压气机节流过程中泄漏涡与激波的相互作用，发现泄漏涡强度与激波强度随流量的减小而逐渐增大，当两者组合到达第一阈值，叶顶出现了单一的扰动频率；当两者组合到达第二阈值，叶顶扰动频率向宽频转变。

Thermal energy conversion and also storage system is to advance knowledge and develop practical solutions at the intersection of micro and nano-scale engineering, energy conversion, and sustainability. This research addresses the challenge of enhancing these critical aspects to ensure prolonged system performance and durability in the context of evolving energy technologies. This research analyses the anti-oxidation and filtration behaviours of micro and nano-scale structures in the context of electro- and photo-thermal energy conversion and also storage systems. A micro multiscale hierarchical structure strategy is presented to fabricate multi-scale double-layer porous wick evaporators with the electrospun nanofibers made of gelatin-polyamide 6 (GPA6) and Ti₃C₂T_x MXene/silver nanowire with Cellulose Micro/NanoFibers (CMNF) cryogens by using spark plasma sintering (SPS) based high-pressure hydrothermal treatment model. An excellent anti-oxidation effect was offered by coating the film in thermal conditions and the anti-oxidation properties were further examined from 500°C to 850°C. The results are analysed using Matlab software to improve the efficiency of energy conversion processes by integrating nanostructures into thermal systems, to increase energy output while minimizing losses. The silver nanowire is with a heat transfer coefficient of 78%, a mass remaining rate of 98.7%, and an energy storage efficiency of 23.8%. This study enhances energy density and duration by integrating nanostructures into thermal systems while minimizing energy losses, and it not only exhibits excellent anti-oxidation properties but also possesses superior filtration capabilities for designing and engineering multifunctional nanomaterials.

轴向重叠度和（AO）和节距比（PP）是影响串列叶栅性能的关键配置参数，本文探索了亚声速条件下高负荷压气机串列叶栅AO和PP的最佳设计准则，并分析了每个参数对其内部流场结构的影响机制。研究结果表明，较大的PP有利于降低串列叶栅后叶载荷，但当其大于某一阈值时会造成间隙射流失效。AO的改变会影响前叶吸力面的逆压梯度，同时会改变间隙射流强度和前叶尾迹的发展。之后，本文在较大的设计空间内分析了不同AO和PP组合下的串列叶栅性能变化规律，阐明了不同工况下两个参数的最优匹配关系。AO的最佳取值范围约为-0.05至0.05，PP为0.85至0.92，当AO增大时，PP应适当减小，以保证性能稳定。

超声速风洞实验是发展先进燃气轮机的重要手段之一，超声速多孔探针是这类实验中测量气动参数的精密工具。然而，在超声速流动中，探头周围会形成激波，影响测量结果的准确性。本研究选取超声速五孔探针的头部作为研究对象。首先，利用3D打印技术设计并制作了复合式五孔压力-温度探针。然后，采用马赫数、密度梯度和激波函数3种方法对激波谱进行数值计算；与其他两种方法相比，激波函数可以准确地识别激波和膨胀波的类型和范围。结果表明，在探针头部的前段形成了较强的激波，测压管周围产生的激波影响流场的总压和马赫数，引起熵增。测压管头部的激波强度最大，导致流场周围的总压降低。随后，为了减小由于忽略气体的可压缩性和熵增引起的计算误差，引入了气体压缩因子δs。经验证，在考虑气体压缩因子的情况下，计算得到的气动参数在亚声速和超声速条件下的误差分别小于5 %和10 %。本文的研究结果为气动探针在亚声速到超声速流动过程中的设计和使用提供了理论参考。

锂电池在快速充放电条件下的高效热管理是延缓电池老化、提升电池寿命的重要途径。本文基于热电模型和单相对流传热模型建立锂电池组动态热管理过程的混合仿真模型，继而设计一种名义的无模型控制器（模糊逻辑控制器），通过自动调节冷却工质的流量以减缓锂电池温度波动。此外，引入一种基于泵速优化的启停控制器作为对比控制器。为将锂电池组温度控制在合适工作区间以提升充放电效率，本文设计了常规运行和极端运行两种模式，继而开展锂电池组温度控制仿真研究。研究结果表明，模糊逻辑控制器在两种运行模式下均展现出更好的电池温度设定值跟踪控制品质。得益于所建立的模糊集和模糊行为规则，模糊逻辑控制器能够始终将电池温度保持在设定值附近，使得电池温度波动幅度大幅减小，在常规运行模式和极端运行模式下的温度控制精度分别为0.2°C和0.5°C。与之相对应，优化的启停控制器在两种运行模式的温度控制精度分别为1.1°C和1.6°C。在极端运行模式下，优化的启停控制器使温度波动呈现滞后性，这归因于反馈温度迟滞区（dead-band）的设计。本文开展的仿真研究为发展锂电池热管理的无模型温度控制提供了优选路径。

湍流团聚被认为是一种提高细颗粒物去除效率的有前景的技术。为了更好地理解颗粒的输运、团聚行为和流体-颗粒相互作用，我们采用大涡模拟（LES）耦合离散元法（DEM），在圆柱形涡流尾迹的影响下对这些现象进行了数值探索。通过与可用的直接数值模拟（DNS）结果进行比较，验证了 LES 方法的有效性。我们采用了JKR接触模型来模拟颗粒之间的相互作用。分析了不同粒径（d_p = 2–20 μm）的颗粒在层流和过渡剪切层（TrSL）流态下的分布和团聚特性。细颗粒集中在涡流中心，而较大的颗粒聚集在涡流周围。颗粒的团聚效率呈现出横向（y 方向） “M ”形轮廓。随着雷诺数的增加，团聚效率和湍流强度提高。颗粒絮团聚率在一定雷诺数下达到峰值。然而，在更高的雷诺数下，减少流场中颗粒的停留时间会降低团聚效率。

运载火箭飞行过程中由于喷管欠膨胀射流相互挤压所形成的高温逆流会对火箭底部造成强滞止对流加热，这将严重影响运载火箭飞行安全。因此运载火箭热环境研究一直以来都是热防护研究中的热点。双喷管发动机布局由于其独特的结构特征，在飞行过程中运载火箭更容易受到底部高温气体循环区的影响。特别是在跨音速阶段，火箭底部流场结构的显著变化会对回流区产生强烈影响。本文主要研究了双喷管发动机布局运载火箭在飞行马赫数为0.6到3.0范围内的底部热环境。研究结果表明，在跨音速阶段，自由流马赫数对火箭底部的热环境有显著影响。当马赫数从0.6增加到1.0时，火箭底部的对流热流密度提升至原来7.7倍。该现象主要是由于当飞行速度超过音速时，超音速来流自由剪切层与羽流剪切层相互作用造成的羽流诱导激波所致。激波与剪切层之间的相互作用加剧了回流区及底部自由流与高温逆流拐点处的湍流强度，从而导致更强的高温逆流。此外，还分析了在低海拔下火箭底部加热的原因，发现其机制不同于高海拔下由羽流相互作用引起的高温逆流滞止加热。

微通道热沉(MCHS)广泛应用于高热流密度电子设备冷却，以往的研究主要集中在矩形通道均匀分布（UCs）的热沉。本研究建立了矩形通道非均匀分布（NUCs）的热沉模型，基于能量方程和达西定律构建了描述热沉传热和流动性能的数学模型，基于热-电比拟方法推导了热阻数学表达式，并通过实验和数值模拟验证了模型的可靠性。仿真结果表明，随着通道非均匀程度的增加，总压降减小，但总热阻增大。相比于Ucs，NUCs泵功与冷却功率的比值更低，因此整体性能更佳。当通道数超过120，NUCs的传热性能主要取决于通道的排列方式。以NUCs的热阻和泵功最小为目标构建多目标优化模型，结合遗传算法求解获得最优参数，结果表明，在总热阻为0.1°C/W时，最优NUCs与传统UCs相比最多可节省64%的泵功。

在本研究中，我们对壁面稳定的稳态层流停滞流火焰进行了数值研究，并考虑了热传输的影响。研究重点是当燃料/空气当量比为0.6时，贫氢/空气预混火焰的行为。我们探讨了NO排放及其在不同条件下（如流速和燃烧压力）形成的速率。研究发现，NO的主要生成路径涉及NNH自由基，但在靠近壁面的区域该路径会发生变化。除了分析壁面对火焰结构的影响外，本研究还关注燃烧过程对材料的影响。特别是，我们探讨了壁面附近氢原子的积累，这对于后续氢脆的建模具有重要意义。此外，研究发现，当燃烧压力升高，从而导致燃烧温度升高时，材料表面氧化层的生长速率会显著增加。这些研究结果为燃烧过程对材料的影响提供了有价值的见解，对于高温环境下工程部件的设计具有重要参考价值。

数字孪生技术是能源行业的一项前沿技术，能够预测设备的实时运行数据，实现性能监测和运行优化。然而，目前仍缺乏有效的方法来校准数字孪生预测结果并将其与有限的现场测量数据融合，特别是对于涉及复杂多相流和化学反应的设备，如燃煤锅炉。本研究以燃煤锅炉水冷壁温度监测为例，提出了一种数字孪生方法，该方法能够实时重构高空间分辨率的水冷壁温度分布，并利用现场测量的水冷壁温度数据进行校准。该数字孪生通过融合CFD（计算流体力学）计算结果和测量数据，基于缺失数据的本征正交分解（Gappy POD）降阶模型构建。首先，对数字孪生的重构精度进行了初步验证，并探讨了实现精准重构所需的最少测点数。随后，提出了一种改进的均匀数据采集方法。接着，比较了数字孪生方法与传统CFD计算在计算时间上的差异。最后，通过实际运行锅炉的现场测量温度进一步验证了该重构方法的可靠性。研究结果表明，所建立的数字孪生能够精确重构水冷壁温度，并实现实时计算。在原始数据采集方法下，39个测点已足以准确重构温度分布。所提出的均匀数据采集方法进一步将四个测试工况的平均相对误差降低至0.4%以下，而在误差较大的工况1和工况3中，采用约束技术后，误差分别降低至0.374%和0.345%。此外，与CFD计算相比，该数字孪生方法显著减少了计算时间。工程应用表明，重构温度与现场测量数据高度一致。所建立的水冷壁温度数字孪生有助于水冷壁过热检测和运行优化。

研究采用计算粒子流体动力学（CPFD）方法进行了三维模拟，旨在分析75t/h工业级循环流化床（CFB）锅炉中煤炭燃烧的过程。研究系统性地评估了CFB锅炉从燃烧点火至稳定运行状态下的燃烧特性、气固流动行为以及气态污染物排放情况。结果显示，锅炉整体温度分布呈现出较为均匀的特征，随着燃烧过程在锅炉内部的逐步推进，气体成分的变化曲线清晰地揭示了CO₂与O₂浓度之间存在的显著负相关关系，具体表现为CO₂浓度随燃烧反应的进行而逐渐上升，同时O₂浓度相应下降。这一反比关系凸显了燃烧反应的基本原理，即碳基燃料与氧气反应生成二氧化碳并释放能量。此外，综合分析结果显示从点火阶段至稳定燃烧阶段，NO和二氧化硫SO₂的排放量均呈现出下降趋势。这种污染物排放量的减少可归因于燃烧效率的提升。更充分的燃烧减少了未燃烧碳氢化合物的生成，这些化合物是NO形成的重要前驱物。同时，燃料中的硫元素被更有效地转化为三氧化硫（SO₃）或结合于硫酸盐中，从而有效降低了SO₂的排放量。在模拟达到的稳定状态下，SO₂的质量流量随炉膛高度的变化表现出明显的特征，从炉膛底部4米处的0.07 kg/s逐渐上升至炉膛中心8米处的峰值0.078 kg/s，随后在炉膛顶部20米处又降至0.06 kg/s。

超临界二氧化碳（sCO₂）布雷顿循环系统因其高效率、结构紧凑和良好的热源适应性等优势，已逐渐成为一种新兴的、极具潜力的热功转换方式。基于国家重大基础设施项目“高效低碳燃气轮机试验装置”下属的循环输出功率接近3MW的sCO₂布雷顿循环试验台，建立了简单回热循环系统的较为详细的动态仿真模型，研究了系统在启动过程中采用不同启动策略和不同缓冲罐容积时的动态响应特性。研究结果表明，缓冲罐容积越小，启动过程中压缩机入口参数波动越快、振幅越明显。如压缩机入口密度的允许相对偏差限制不超过5%，那么缓冲罐容积与整个闭式循环容积占比不应低于36.8%；透平旁路启动时，采用同时升温、升转速的策略可以有效减小压缩机入口参数的波动、帮助更快地达到稳定；为减少旁路切换时参数的波动，给出了旁路切换时透平旁路阀（TBV）和透平主调节阀（MGV）开度的匹配表。研究结果可为试验台后续的调试和运行提供一定参考。

通道结构对印刷电路板式换热器（PCHE）传热性能有重要影响。本研究通过对具有不同截面长宽比的矩形直通道PCHE进行实验，深入分析了冷、热侧质量流量以及矩形截面长宽比对PCHE传热性能的影响。研究结果表明，相较于半圆形截面，矩形截面的PCHE展现出更优的综合传热性能。进一步增大长宽比有助于提升PCHE的综合传热性能，但这种强化效果会随着长宽比的持续增大而逐渐减弱。同时，增加两侧的质量流率增强了预冷器的冷却能力和传热性能，但也导致了通道内压降的增大。在此实验及数值模拟的基础上，提出了一个针对矩形截面直通道PCHE的改进传热关联式（适用范围：Re: 3169~48474, Pr: 0.98~1.25），该关联式综合考虑了矩形截面长宽比和拟临界温度的影响。拟合结果表明，关联式能够更为准确地预测不同工况下预冷器通道内局部Nu和f的大小和趋势，其预测精度相较于Gnielinski关联式和Blasius关联式有显著提升。

热化学余热回收是一种先进的余热利用技术，能有效回收斯特林发动机纯氧燃烧的排气余热。带有热化学回收热系统的新型斯特林发动机燃烧器需要能同时利用柴油重整气和柴油作为燃料。本文实验研究了水的添加量、燃料分配比 、过量氧气系数和旋流器结构对斯特林发动机燃烧室性能的影响。研究表明，随着水碳比的增加，加热管轴向温差减小，周向温度波动减小，当 S/C=2 时，斯特林发动机外燃系统的效率为 80.6%，与传统外燃系统相比效率降低了 1.6%。随着燃料分配比的增加，加热器管的温度均匀性得到改善，CO 和 HC 排放量减少。燃料分配比对整个加热器的最大温差和温度波动的影响并不明显。当燃料分配比从 21% 上升到 38% 时，外燃系统效率从 87.4% 上升到 92.3%。过量氧气系数对温度均匀性和温差的影响较小，过量氧气系数为 1.04 的条件下，重整气和柴油混合燃料依旧可以高效燃烧。随着旋流器角度的增大，加热管的温度升高，而下端的最大温差减小、温度波动增大、CO 和 HC 排放量增加，外燃系统效率降低。旋流器角度30°是实现重整燃气与柴油混合燃烧最佳值。

本文采用多物理场光学诊断技术,通过实验研究了小型燃气轮机燃烧室中燃料空气混合和掺混射流对出口温度分布的影响。由于旋流流动决定了主燃区的燃烧释热，因此通过改变旋流器的结构，控制文丘里出口处的旋流器强度和速度来改变燃料空气混合物。同时，通过调整掺混孔的数量和大小来改变掺混射流的穿透深度和周向疏密程度来探索掺混对出口温度分布的影响。采用一系列多物理场的光学诊断技术，包括粒子图像测速、平面米氏散射和OH^*化学发光，分别用于测量流场、燃料喷雾分布和火焰结构。结果表明降低旋流强度提高文氏管喉道的平均流速，改善了套筒内轴向旋流流动的结构和对称性，加强了头部旋流流动中燃料和空气的混合,从而提高了燃烧高温释热区的均匀性。在相同的空气流量比下，较大稀疏的掺混射流倾向于产生偏向壁面的热点,较小紧密的掺混射流倾向于产生偏向径向中间区域的热点。

鉴于《蒙特利尔议定书》基加利修正案和全球范围内的低碳减排环保要求，大量HFCs制冷剂亟待淘汰和降解，因此高效且温和的降解方法变得至关重要。本研究以典型的氢氟烃制冷剂HFC-134a为对象，采用实验与量子化学密度泛函理论（DFT）模拟相结合的方法，深入探讨了其热分解和氧化热解路径。量子化学模拟结果显示，在热分解过程中，起始反应化学键的断裂成为决速步骤，且最易生成的可检测到的闭壳层产物包括CF₂=CHF、HF、CH₃F、CHF₃、CH₂F₂、CF₄等。活性氧化物能显著降低HFC-134a分解的自由能垒。为实现HFC-134a的高效降解，应开发和选择适当的催化剂以提高反应体系中活性氧物质的水平。实验研究进一步证实，在不同温度（240°C至360°C）和压力（0.1 MPa至4.5 MPa）条件下，HFC-134a可能通过不同反应路径实现降解，这一结果与模拟预测保持一致。