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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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.

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。 

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

储能是高效能源系统的重要一环，压缩空气储能技术是最具发展潜力的大规模物理储能技术之一，因其成本低、寿命长、低碳环保等特点备受关注。压缩机是压缩空气储能系统的核心部件，其性能对整个系统的性能至关重要，这不仅体现在设计点上，更体现在整个变工况区间上的高效运行。与传统的离心压缩机相比，斜流压缩机具有更强的通流能力；与轴流压缩机相比其具备更大的单级压比，可试用于大规模压缩空气储能系统。本文应用协同理论采用数值模拟技术对压缩空气储能系统斜流与离心压缩机性能进行对比分析，得出内部流动特性与质量流量以及进口总温的定量关系。发现当协同角余弦值较高时，局部损失较大，小的协同正面积占比是优化设计的方向。结果表明斜流压缩机对于发展中的大规模压缩空气储能系统具有良好的适应性。

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。

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。

柴油类燃料的着火特性对环境条件和自身性质有很高的敏感性。本研究在不同的热力学和氧化环境下，对具有相同十六烷值的不同柴油类燃料的着火特性进行了测量和比较。对测试燃料的燃烧压力、放热率、着火延迟和燃烧延迟进行了对比分析。结果表明，具有相同衍生十六烷值的柴油类燃料在衍生十六烷值的标准测试工况下具有相近的着火倾向。此外，在高衍生十六烷值、高环境温度和氧气浓度充足的工况下，具有相同衍生十六烷值的柴油类燃料的着火性能是相似的，以衍生十六烷值作为燃料着火评价指标是合适的。然而，在低十六烷值、低环境温度和低氧气浓度的工况下，具有相同衍生十六烷值的柴油类燃料着火性能存在差异，因此在这些条件下用衍生十六烷值作为燃料着火倾向的评价指标可能会导致更高的不确定性。

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。

利用低品位热能驱动的功冷并供（CCP）系统有望提高能源利用效率。本文提出了一种将再生有机朗肯循环（RORC）和吸收式制冷机在冷、热流体两侧集成的CCP系统，并基于热量流法建立了系统模型，完整考虑了非线性传热和热功转换约束，实现了系统性能的准确模拟。变工况性能模拟结果表明冷却水和ORC工作流体的入口温度和流速对系统性能影响显著，且由于部件传热能力有限，偏离额定工况较远时模拟计算不可行，凸显了在系统建模中考虑传热约束的重要性。此外还进行了最小化总热导的设计优化，热流体入口温度从100 ℃ 提高到 130 ℃，质量流量从 10 kg s^-1 提高到 30 kg s^-1时，RORC 效率分别提高 7.9% 及降低12.4%，表明了平衡系统成本和性能的必要性。

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。

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。

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。

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。

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.