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。

热二极管作为一种可以降低建筑物能耗和提高电动汽车电池散热的重要传热元件，其优点在于可以使热量单向流动。相较于其他类型的热二极管，在设计、材料和工作条件等各种因素的影响下，对流式热二极管在预期应用中能表现出最佳的热整流效果。本研究基于相变传热机制，提出了一种新型带有毛细芯的对流式热二极管。这种设计巧妙的利用了毛细芯提供的毛细力和重力，提高了所设计的对流式热二极管的单向传热性能。通过实验研究了充液比对热二极管传热性能的影响，实验结果与理论分析结果吻合良好。研究结果表明，当充液比为140%时，带有毛细芯的热二极管在较低的加热功率下有较大的热整流比，并且当热二极管的加热功率为40 W时，热二极管的最大热整流比为 21.76。

在一些先进发动机（如HCCI，RCCI）燃烧过程中，爆燃/自燃混合火焰结构并存。因此，解耦不同火焰传播机制下各种不可逆过程所造成的㶲损对发动机高效燃烧显得尤为重要。本文数值研究了发动机条件下二甲醚/空气混合气层流燃烧机制，对比了不同火焰结构下熵产和㶲损特性。研究发现，随着火焰传播机制由典型的扩散火焰向混合气自燃转变，热传导和物种扩散所造成的㶲损逐渐减少，㶲损由化学反应所主导。通过分析火焰域中温度和物种摩尔分数的分布，阐明了热传导和质量扩散引起的㶲损机制。此外，通过将二甲醚氧化过程划分为四个阶段，识别了造成㶲损的主要反应通道。发现在二甲醚氧化过程中，CH₂O 和 HȮ₂ 自由基的产生和消耗通道主导了化学反应的㶲损行为。在此基础上明晰了燃料低温化学导致更大㶲损坏的动力学机制，主要包含两个因素：（a）低温反应通道本身具有较大的不可逆性；（b）（主要原因）低温反应中间产物加速了H₂O₂-loop反应的进行。因此，减少燃烧不可逆性有望通过合理调控燃料氧化路径来实现。

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。

在低雷诺数（Re）条件下获得高性能压气机叶型的关键在于有效调控附面层转捩及分离过程。本文以某高负荷增压级下压流道内正交叶片根部5%截面处的叶型为研究对象，并对原始叶型前缘进行仿生学造型设计。借助大涡模拟结合Omega涡识别方法，研究了仿生型前缘造型对低雷诺数下层流转捩及分离的响应特性，结果表明：在低雷诺数下，仿生型前缘造型显著改善了叶片的气动性能，有效抑制了分离泡的发展，减弱甚至消除了叶片尾缘的大尺度流动分离，从而减小了尾缘的流动堵塞。此外，本文进一步阐明了仿生型前缘造型对典型高负荷增压级叶型气动特性的调控机制，具体而言：仿生型前缘造型减弱了叶片表面涡动力学强度，减少了高水平速度脉动区域，进而降低湍流耗散带来的气动损失。上述研究结果对于低Re下增压级叶型的气动设计和流动调控具有重要的借鉴意义。

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。

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。

目前，针对石油烃污染场地的修复技术——原位热脱附技术存在能耗高的问题。掌握污染土壤的关键热物性参数（热导率、比热容和热扩散率）有助于准确模拟计算修复场地的热量传递和温度分布，进而指导工程上优化方案，以实现节能降碳。然而，目前鲜有关于石油烃污染土壤的此类数据报道。在本研究中，制备了干容重恒定而柴油（石油烃的代表物之一）质量浓度在0~20%之间的土壤样品，并在0~120 ℃的宽温度范围内测量和分析了其热导率、比热容和热扩散率的变化规律。实验结果表明，当柴油浓度低于1%时，柴油对土壤热导率的影响可忽略。当柴油浓度低于10%时，土壤的热导率与温度的变化趋势相同；当柴油浓度超过10%时，土壤热导率则与温度的变化趋势相反。各类土壤矿物的热导率通常随着温度的升高而增大，而柴油的热导率则随着温度的升高而减小，因此土壤矿物和柴油之间的竞争关系决定了柴油污染土壤的热导率随温度的变化趋势。无论柴油浓度如何变化，土壤的比热容均与温度的变化趋势相同，土壤的热扩散率则均与温度的变化趋势相反。显著性检验结果表明，与温度相比，柴油浓度对土壤热物性的影响更为显著。此外，对照实验的结果表明，含有相同质量浓度的柴油和某一烷烃的土壤样品的热导率的相对差异均低于10%，因此本研究中用柴油获得的土壤热物性变化规律可以类比推广到各类石油烃污染场地。基于三维分形和热阻分析，提出了一个理论预测模型，证实了柴油浓度对土壤热导率的影响。为了便于实际应用，以实验数据为基础，提出了以柴油浓度为自变量的土壤热导率线性回归模型。

This study evaluates the effectiveness of phase change materials (PCMs) inside a storage tank of warm water for solar water heating (SWH) system through the theoretical simulation based on the experimental model of S. Canbazoglu et al. The model is explained by five fundamental equations for the calculation of various parameters like the effectiveness of PCMs, the mass of hot water, total heat content, and duration of charging. This study simulated eleven PCMs to analyze their effectiveness like Sodium hydrogen phosphate dodecahydrate (SHPD), OM 37, N-Eicosane (NE), Lauric acid (LA), Paraffin wax (PW), OM 48, Paraffin wax C_20-33 (PW-C20-33), Sodium acetate trihydrate (SAT), Palmitic acid (PA), Myristic acid (MA), and Stearic acid (SA). Among all PCMs, the SHPD has found the highest value of effectiveness factor of 3.27. So, it is the most recommended PCM for the storage tank of the SWH system. The study also includes the melt fraction analysis of all enumerated PCMs corresponding to container materials of stainless steel, glass, aluminum mixed, tin, aluminum, and copper. This melt fraction analysis is performed by making a coding program in the FORTRAN programming language. Through the analysis, copper container material is found to have high melting rate for all PCMs so it is superior to other container materials. 

本研究主要利用相变材料(PCM)在其相变过程中吸收或释放的大量潜热来调节电池充放电过程中的表面温度波动，以期将电池保持在最佳工作温度范围内。通过在圆柱形电池周围包裹PCM，研究PCM厚度和相变温度对电池温度的影响。为提高相变材料的导热性能，在其中加入膨胀石墨(EG)制备成复合相变材料(CPCM)，研究膨胀石墨不同质量占比对电池温度和CPCM利用率的影响。结果表明，增加PCM厚度可延长温度控制时间，但影响有限。不同相变温度的PCM可将电池温度控制在不同范围内。高温环境时不宜利用相变温度较低的PCM对电池进行温度控制。添加EG可提高PCM导热性能，从而进一步降低电池温度。当CPCM中EG质量占比为6%时，其对电池的有效控温时间延长了11 min，较单一PCM提升了28%。在基于PCM的电池热管理系统(BTMS)中，CPCM的利用率较高，同时可实现蓄热和导热之间的平衡。

本文设计并研究了一种用于聚光太阳能发电（CSP）的新型三元共晶盐Na₂CO₃-Li₂CO₃-LiF。利用 FactSage 软件预测了 Na₂CO₃-Li₂CO₃-LiF 的共晶点及组分。通过一系列实验，对该共晶盐的微观结构、热物理性质和热稳定性进行了研究。当质量比为 57:32:11 wt%时，共晶盐具有优异的蓄热性能，熔点为 426.8°C，其潜热为 413 J/g。同时共晶盐展现出优异的热稳定性，在 600 摄氏度时的重量损失仅为 0.8%。

由于相变材料导热性差，潜热储热系统的储热性能不佳。本文采用一种结合矩形和三角形翅片的新型指针形翅片对储能罐内相变材料的熔化过程进行了数值模拟，并研究了翅片几何参数对储热性能的影响。结果表明，与裸管和矩形翅片罐相比，指针形翅片罐中相变材料的熔化时间分别缩短了64.2%和15.1%。三角形翅片的尖端离热壁越近，传热效率就越好。三角形翅片的最佳高度约为8 mm。将指针形翅片的数量从4个增加到6个和从6个增加到8个，可分别减少16.0%和16.7%的熔化时间。然而，将翅片数量从8个增加到10个只会缩短8.4%的熔化时间。当翅片无量纲长度从0.3增加到0.5，从0.5增加到0.7时，熔化时间分别缩短了17.5%和13.0%。但当翅片无量纲长度从0.7增加到0.9时，熔化时间仅缩短了2.9%。研究结果对储热系统的优化设计具有一定的参考价值。

Present work investigates the heat transfer and melting behaviour of phase change material (PCM) in six enclosures (enclosure-1 to 6) filled with paraffin wax. Proposed enclosures are equipped with distinct arrangements of the fins while keeping the fin’s surface area equal in each case. Comparative analysis has been presented to recognize the suitable fin arrangements that facilitate improved heat transfer and melting rate of the PCM. Left wall of the enclosure is maintained isothermal for the temperature values 335 K, 350 K and 365 K. Dimensionless length of the enclosure including fins is ranging between 0 and 1. Results have been illustrated through the estimation of important performance parameters such as energy absorbing capacity, melting rate, enhancement ratio, and Nusselt number. It has been found that melting time (to melt 100% of the PCM) is 60.5% less in enclosure-2 (with two fins of equal length) as compared to the enclosure-1, having no fins. Keeping the fin surface area equal, if the longer fin is placed below the shorter fin (enclosure-3), melting time is further decreased by 14.1% as compared to enclosure-2. However, among all the configurations, enclosure-6 with wire-mesh fin structure exhibits minimum melting time which is 68.4% less as compared to the enclosure-1. Based on the findings, it may be concluded that fins are the main driving agent in the enclosure to transfer the heat from heated wall to the PCM. Proper design and positioning of the fins improve the heat transfer rate followed by melting of the PCM in the entire area of the enclosure. Evolution of the favourable vortices and natural convection current in the enclosure accelerate the melting phenomenon and help to reduce charging time.

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%。

新风负荷在建筑热负荷中占有很高的比例。为了高效处理新风负荷，研究人员设计出了一种基于固体除湿的热泵新风机组。为了进一步提高该新风机组的性能，本文研究了复合硅胶在基于固体除湿的热泵新风机组中的应用。首先对固体除湿的核心部件干燥剂涂层进行了研究，实验表明，复合硅胶涂层（CSGC）的吸附速率和平衡吸水量均是硅胶涂层（SGC）的2倍以上。此后，建立了固体除湿热泵新风实验台，分别对基于SGC和CSGC的热泵新风机性能进行了测试。结果表明，在夏季工况下，与基于硅胶涂层的固体除湿热泵新风机组（SGFU）相比，基于复合硅胶的固体除湿热泵新风机组（CSGFU）的平均除湿量和COP分别提高了15%和30%。在冬季工况下，与SGFU相比，CSGFU的平加湿量和COP分别增加了42%和17%。在切换周期为3分钟，压缩机频率为40rps的最佳运行参数下，CSGFU在夏季工况下的COP可达7.6。在不同夏季工况下的实验结果表明，在较高的室外含湿量和温度下，CSGFU和SGFU具有较高的COP和除湿率。 

为了解决循环流化床（CFB）机组智能和高效控制的迫切需求，开发超临界循环流化床（SCFB）机组关键运行参数的动态模型至关重要。因此，本文提出了数据知识驱动的SCFB机组床温、负荷和主蒸汽压力的动态模型。首先，采用知识驱动的方法建立SCFB机组关键运行参数的动态模型。模型参数基于单元的操作数据来确定，并进行持续优化。然后，利用双向长短期记忆结合卷积神经网络和注意力机制建立床温、负荷和主蒸汽压力的动态模型。最后，提出了基于临界权重法和变异系数法的协同集成方法，以建立数据知识驱动的SCFB机组关键运行参数模型。与其他方法相比，该模型具有较高的精度和拟合能力，能够有效捕捉动态特性，可为SCFB机组智能灵活控制模式的设计提供研究依据。

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。

冷热电联产系统中生物质与太阳能的互补利用为能源危机和环境污染提供了有效的解决方案。本文旨在提出一种基于生命周期评估(LCA)方法的多目标优化模型，用于太阳能与生物质冷热电联供系统的优化设计。通过将多联产系统的生命周期过程划分为6个阶段，来分析能源消耗和温室气体排放。并结合全生命周期环境影响、可再生能源贡献和经济效益等评价指标，对混合系统的综合性能进行了优化。采用结合TOPSIS方法的非支配排序遗传算法II (NSGA-II)来搜索Pareto前沿结果，从而获得最优性能。将所开发的优化方法应用于工业园区的案例研究。结果表明，相较于参考系统，混合系统的性能优化后的效果显著，环境影响负荷降低率(EILRR)为46.03%，可再生能源贡献率(RECP)为92.73%，年总成本节约率(ATCSR)为35.75%。通过比较不同阶段的污染物当量排放量，运行阶段的污染物排放量最大，其次是原料获取阶段。综上可以看出，本文提出的基于LCA的多目标优化模型为设计和优化混合生物质能和太阳能的冷热电联产系统提供了一条潜力路径。

建筑围护结构外表面换热系数是建筑节能设计所必需的重要参数之一，而高海拔基础数据匮乏。因此作者提出了一种基于模型建筑热平衡的简易实测方法，采用同一模型建筑在海拔520 m的成都和海拔3750m的稻城的室外条件下实测其外表面换热系数。重要发现在于：在相同供暖功率下，高海拔室内外空气均温升比低海拔高41.9%；内壁均温升也比低海拔高25.8%。说明高海拔地区在相同能耗条件下可营造更舒适的室内热环境。但高海拔地区的建筑外表面综合换热系数降低了34.48%。室外风速对建筑外表面对流换热系数影响不如低海拔地区显著，实验得到了对流换热系数与室外风速的拟合关系式。采用低海拔地区的建筑外表面换热特性进行高海拔地区建筑节能设计及相关供暖设备选择及系统末端匹配设计是不合适的。

The oscillatory response of multiple shock waves to downstream perturbations in a supersonic flow is studied numerically in a rectangular duct. Multiple shock waves are formed inside the duct at a shock Mach number of 1.75. The duct has an exit height of H, and the effect of duct resonance on multiple shock oscillations is investigated by attaching exit ducts of lengths 0H, 50H, and 150H. The downstream disturbance frequency varied from 10 Hz to 200 Hz to explore the oscillation characteristics of the multiple shock waves. The oscillatory response of shock waves under self-excited and forced oscillation conditions are analyzed in terms of wall static pressure, shock train leading-edge location, shock train length, and the size of the separation bubble. The extent of the initial shock location increases with an increase in exit duct length for the self-excited oscillation condition. The analysis of the shock train leading edge and the spectral analysis of wall static pressure variations are conducted. The variation in the shock train length is analyzed using the pressure ratio method for self-excited as well as forced oscillations. The RMS amplitude of the normalized shock train length (ζ_ST) increases with an increase in the exit duct length for the self-excited oscillation condition. When the downstream perturbation frequency is increased, ζ_ST is decreased for exit duct configurations. For all exit duct designs and downstream forcing frequencies, the size of the separation bubble grows and shrinks during the shock oscillations, demonstrating the dependence on duct resonance and forced oscillations.

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。

燃煤电厂是温室气体排放的主要来源。燃烧后碳捕集技术是一项很有前景的CO₂减排方式，但其捕集过程中的高热量需求是难以承受的。为解决这一问题，本研究将太阳能热能、燃烧后碳捕集与燃煤发电系统耦合集成，利用太阳热能来满足碳捕集过程的热量需求，从而避免电厂因自身驱动CO₂捕集所造成的发电损失。此外，将MgO吸附剂碳酸化反应放热整合到燃煤发电蒸汽朗肯循环中，通过替代汽轮机的部分抽汽用来加热给水，进一步提高了系统的发电量。将设计系统的性能与自驱动CO₂捕集燃煤电厂和光伏发电组成的参考系统相比，设计系统的碳捕集率可达 86.5%，发电量提高了 9.8%。在变工况的条件下，对系统的运行策略实施了优化，选取典型日分析，CO₂减排量相较于之前增加了11.06%。这项工作展示了一种将化石燃料和可再生能源相结合从而实现燃煤发电系统低碳排放和高效发电的方法。

跨维度数值缩放方法将计算流体动力学（CFD）模型耦合到燃气轮机的热力学模型中，可以实现整机环境下关键部件的高保真度数值模拟。其中，跨维度迭代耦合方法主要依赖于特性图，而全耦合方法直接使用高维度的CFD模型，不依赖特性图。 然而，在嵌入旋转部件时，全耦合方法难以实现而且收敛性差。针对上述问题，本研究提出了一种基于对数变换的全耦合方法，实现了将多个旋转部件直接嵌入到燃气轮机的热力学模型中。随后，通过地面实验数据对全耦合方法进行了验证。结果表明，基于对数变换的全耦合方法在非设计状态中仍然具有稳定的收敛性和更高的数值精度。此外，对全耦合方法与迭代耦合方法在进行了对比。结果表明，全耦合方法与迭代耦合方法在CFD模型的耦合方式和热力学模跨维度数值缩放方法将计算流体动力学（CFD）模型耦合到燃气轮机的热力学模型中，可以实现整机环境下关键部件的高保真度数值模拟。其中，跨维度迭代耦合方法主要依赖于特征图，而全耦合方法直接使用高维度的CFD模型，不依赖特性图。 然而，在嵌入旋转部件时，全耦合方法难以实现而且收敛性差。针对上述问题，本研究提出了一种基于对数变换的全耦合方法，实现了将多个旋转部件直接嵌入到燃气轮机的热力学模型中。随后，通过地面实验数据对全耦合方法进行了验证。结果表明，基于对数变换的全耦合方法在非设计状态中仍然具有稳定的收敛性和更高的数值精度。此外，对全耦合方法与迭代耦合方法在进行了对比。结果表明，全耦合方法与迭代耦合方法在CFD模型的耦合方式和热力学模型的收敛原理上存在差异。

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。

蒸汽喷射器是余热回收系统中的关键部件。其性能决定了回收热量和系统效率。然而，较差的喷射器性能一直是系统应用的主要瓶颈。因此，本研究提出了一种利用计算流体动力学（CFD）技术、响应面法（RSM）和遗传算法（GA）来提高蒸汽喷射器性能的优化方法。首先，建立了均匀平衡模型（HEM）来模拟蒸汽喷射器中的两相流。然后，采用正交试验筛选对夹带率有显著影响的关键决策变量。接下来，使用RSM来拟合响应面回归模型（RSRM）。同时，揭示了几何参数相互作用对蒸汽喷射器性能的影响。最后，采用遗传算法求解RSRM的全局最优ER值。结果表明，RSRM对ER表现出良好的拟合（R²=0.997）。经RSM和GA优化后，喷射器的最大效率为27.94%，比初始喷射器的18.83%提高了48.38%。此外，在非设计条件下，优化后的喷射器效率平均提高了46.4%。总之，结果表明，CFD、RSM和GA的结合在两相蒸汽喷射器的优化设计中具有良好的可靠性和可行性。

Thermal energy storage (TES) systems use solar energy despite its irregular availability and day-night temperature difference. Current work reports the thermal characterizations of solar salt-based phase change composites in the presence of graphene nanoplatelets (GNP). Solar salt (60:40 of NaNO₃:KNO₃) possessing phase transition temperature and melting enthalpy of 221.01°C and 134.58 kJ/kg is proposed as a phase change material (PCM) for high-temperature solar-based energy storage applications. Thermal conductivity must be improved to make them suitable for widespread applications and to close the gap between the system needs where they are employed. GNP is added at weight concentrations of 0.1%, 0.3%, and 0.5% with solar salt using the ball milling method to boost its thermal conductivity. Morphological studies indicated the formation of a uniform surface of GNP on solar salt. FTIR spectrum peaks identified the physical interaction between salt and GNP.  Thermal characterization of the composites, such as thermal conductivity, DSC and TGA was carried out for the samples earlier and later 300 thermal cycles. 0.5% of GNP has improved the thermal conductivity of salt by 129.67% and after thermal cycling, the enhancement reduced to 125.21% indicating that thermal cycling has a minor impact on thermal conductivity. Phase change temperature decreased by around 2.32% in the presence of 0.5% GNP and the latent heat reduced by 4.34% after thermal cycling. TGA thermograms depicted the composites initiated the weight loss at around 550°C after which it was rapid. After thermal cycling, the weight loss initiated at ~40°C lower compared to pure salt, which was found to be a minor change. Thermal characterization of solar salt and GNP-based solar salt composites revealed that the composites can be used for enhanced heat transfer in high-temperature solar-based heat transfer and energy storage applications.

Thermal energy storage (TES) is of great importance in solving the mismatch between energy production and consumption. In this regard, choosing type of Phase Change Materials (PCMs) which are widely used to control heat in latent thermal energy storage systems, plays a vital role as a means of TES efficiency. However, this field suffers from lack of a comprehensive investigation on the impact of various PCMs in terms of exergy. To address this issue, in this study, in addition to indicating the melting temperature and latent heat of various PCMs, the exergy destruction and exergy efficiency of each material are estimated and compared with each other. Moreover, in the present work the impact of PCMs mass and ambient temperature on the exergy efficiency is evaluated. The results proved that higher latent heat does not necessarily lead to higher exergy efficiency. Furthermore, to obtain a suitable exergy efficiency, the specific heat capacity and melting temperature of the PCMs must also be considered. According to the results, LiF-CaF₂ (80.5%:19.5%, mass ratio) mixture led to better performance with satisfactory exergy efficiency (98.84%) and notably lower required mass compared to other PCMs. Additionally, the highest and lowest exergy destruction are belonged to GR25 and LiF-CaF₂ (80.5:19.5) mixture, respectively.

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。

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。

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。

为了减少传统污泥处理方法对环境的影响，并更有效地利用污泥中的能量，我们提出了一种基于污水污泥气化炉（SSG）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、超临界二氧化碳循环（S-CO₂）和有机郎肯循环（ORC）的耦合系统。从污泥气化中获得的清洁合成气与 CH₄ 混合后首先被燃料电池利用。燃料电池排出的废气在后燃烧室中充分燃烧，然后进入由 S-CO₂ 和 ORC 组成的底部循环系统发电。为了解该系统的性能，对该项目进行了热力学和经济学分析。通过对耦合系统的热力学和经济学分析，得出以下结论：该系统的发电量为 37.34 兆瓦，放能效率为 55.62%，净电能效率为 61.48%。气化炉和 SOFC 是主要的耗能设备，占总耗能的 62.45%。新型系统的建设投资仅需 6.13 年即可收回，项目在 20 年的寿命期内可获得 17723.82 千美元的净现值。上述结果表明，新型耦合系统在能源利用和经济性方面具有更好的性能。

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。

采用瞬态平面源实验和XCT模拟的方法，研究了熔盐泄漏后储热系统熔盐罐内地基材料的热物性。研究了不同粒径材料的微观结构、导热性能和耐压性能。三种孔隙率分别为30.1%、30.7%和31.2%的工况下，由瞬态平面源实验测得的导热系数分别为0.49 W/(m∙K)、0.48 W/(m∙K)和0.51 W/(m∙K)。这三种工况的导热系数模拟结果分别为0.471 W/(m∙K)、0.482 W/(m∙K)和0.513 W/(m∙K)。模拟结果与实验测量结果的误差低至1.2%，这在一定程度上验证了实验和仿真结果的可靠性。熔盐泄漏前导热系数为0.097 ~ 0.129 W/(m∙K)、孔隙率为71.6 ~ 78.9%，熔盐泄漏后孔隙率降低50%以上，导热系数提高4 ~ 5倍。这种导热系数的显著增加对太阳能电站储罐基础的安全运行、结构设计和建模都有很大的影响。

尽管人们在燃烧热声不稳定性研究方面做了大量努力，但在现代燃气轮机或航空发动机中成功抑制热声压力振荡仍然具有挑战性。本文通过大涡模拟研究了声衬对模型环形燃烧室纵向热声模态的影响。对于没有声衬的情况，模拟得到的自激纵向热声不稳定结果与实验得到的热声频率和模态结果非常吻合。随后，我们计算了三种不同声衬偏流速度下的环形燃烧室热声振荡特性。结果表明，燃烧室壁面声衬的存在不仅会影响声场，还会影响流场。当偏流速度较大时，会导致强烈的湍流波动，从而使得压力振荡出现间歇性。这表明流动波动和压力振荡之间的耦合在热声系统间歇性的动态过程中起着重要作用。通过进一步动力学分析，表明这种间歇性是由流场对火焰-声耦合的影响造成的。最后，我们采用了一种基于范德波尔（VdP）振荡器的低阶建模方法，通过加入随机强迫，以再现热声系统的演变特性。虽然与实际燃烧系统相比，该低阶模型较为简单，但它仍然有助于我们理解声衬在燃烧室中的抑制效果，以及应用这种装置的潜力。

A pair of unidirectional turbines (UT) can operate in oscillatory airflow without additional units. However, this arrangement suffers from poor flow rectification. A fluidic diode (FD) offers variable hydrodynamic resistance based on the flow direction, and this can be coupled with UT to improve flow rectification. In this work, a numerical investigation on the effect of FD with UT is presented using the commercial fluid dynamics software ANSYS Fluent 16.1 with k-ω SST turbulence closure model. Periodic domains of UT and FD are numerically validated individually with experimental results. Later, both are coupled to obtain the combined effect, and these results are compared with the analytical approach. It was observed that coupling FD with UT improved the unit’s performance at the lower flow coefficient (<1), but its performance decreased as the flow coefficient increased. Due to the diode’s presence, fluid leaving the turbine experiences higher resistance at a higher flow coefficient, which decreases the overall performance of the combined unit.

双平板绕流属于基础流体力学问题，本文对不同端面形状的并列双平板流动与传热特性进行了数值计算。在不同倾角条件下，分析了不同端缘尺寸的倒角结构与圆角结构对并列双平板非稳态流动和传热特性的影响，结果发现，随着端缘尺寸的增加，流动的不稳定性与非定常性减弱；圆角与倒角平板的尾流速度不均匀性逐渐降低；尾流温度的不均匀性在小倾角下先增强后减弱，波动幅度在Srou(Scha)=3时最大，而在大倾角下基本保持单调增加。此外，平板的全局传热特性受端缘改型的影响明显，尤其是倒角结构，随着倒角尺寸的增加，全局努塞尔数基本呈减小趋势。该研究为平板结构在工程领域的应用提供了理论支持。

本文旨在对一种新型零碳的联产系统进行全面的火用经济性分析，并提出一种结合机器学习的快速优化方法。本文对一种新型的电、冷和淡水联产系统进行了详细的火用经济性分析。运用火用流理论建立了火用经济分析模型，进行了全面的能量分析、火用分析、火用经济性分析和环境分析。研究了5个关键决策变量对该系统火用经济性的影响。提出了一种结合遗传算法和装袋神经网络的快速优化方法。将该系统与4个相似案例进行了先进性比较。结果表明，提高透平入口温度可以提高火用效率，降低总产品单位成本。该系统的火用破坏直接决定了系统的火用效率和总火用破坏成本率。在成本优化设计案例中，总产品单位成本分别比火用效率优化设计案例和基本设计案例降低7.7%和25%。与4个相似案例相比，该系统在热力学性能和火用经济性能方面具有较好的优势。本研究能够为多联产系统的性能分析和快速优化提供研究方法和思路。