针对超临界工况下氢气在U形微小通道内的非均匀换热问题，采用数值模拟的方法，分析热流密度和压力对传热特性的影响，揭示了非均匀热流通道的换热异常机理，并拟合了换热预测关联式。结果表明，受流体热物性参数的影响，压力和热流密度对加热通道和冷却通道的强化换热作用呈现相反规律；在非均匀冷却通道中，离心力与浮升力产生协同效应，显著促进换热过程；在仅受离心力作用的加热通道内，非均匀加热对换热起抑制作用。研究结果为涉氢领域超临界流体传热系统的设计优化与理论研究提供了重要的参考依据。

针对液化天然气冷能利用、燃气轮机烟气余热回收问题及烟气中二氧化碳液化的需求，提出了一种新型冷热电联供系统；分析了分流比（x）、压缩机入口压力（p₂₅）以及混合工质中四氟化碳的质量分数（w）对系统的热效率、?效率、净输出功及平均单位成本的影响，并基于遗传算法进行了多目标优化。结果表明，减小x、增大w有利于提高系统的热效率、?效率、净输出功，降低平均单位成本；最佳p₂₅范围为8.0～9.0 MPa；在最优工况下，系统的热效率、?效率、平均单位成本分别为67.62%、56.98%、22.11 $/GJ。

针对以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池余热回收与液化天然气冷能利用相结合以及烟气中CO₂的捕集问题，提出了一种由双重再压缩布雷顿循环、CO₂回热朗肯循环和双级闪蒸循环构成的新型冷热电联供系统；采用热力学仿真软件对该循环系统进行模拟，分析了混合工质中Xe质量分数、CO₂回热朗肯循环膨胀机入口压力p₂₃、闪蒸循环的泵出口压力p₂₆和分流比x对系统热效率、?效率、净输出功和冷?回收率的影响。结果表明，提高p₂₃有利于提升系统的热效率、?效率和净输出功；降低p₂₆有利于提升系统的净输出功及热效率，提高Xe质量分数与分流比x可提升系统的循环净功、热效率与?效率；当Xe质量分数为0.3、p₂₃为16 MPa、p₂₆为13.5 MPa时，系统的热效率、?效率、净输出功分别为67.17%、58.13%、2 587.96 kW。

为突破传统的印刷电路板式换热器（PCHE）传热效率的瓶颈，建立翼型PCHE物理模型，数值模拟了超临界CO₂在该模型中的对流换热，分析了不同质量流量和入口温度下超临界CO₂的换热规律，并通过改变通道的水力直径，进一步研究了水力直径对其换热的影响。结果表明，增大冷流体的质量流量和提高入口温度，均可提高换热性能；改变通道的水力直径后，弦长为6 mm和8 mm的PCHE的换热能力均随着雷诺数的增大而增大，雷诺数为19 500～26 000，弦长为6 mm和8 mm的PCHE均具有相近的换热性能；当雷诺数为26 000～50 000时，弦长为8 mm的PCHE的综合性能比弦长为6 mm的PCHE高2.55%。研究结果为翼型PCHE的结构设计提供了理论依据。

针对工业生产过程中因烟气排量大且温度较高、烟气出口温度过低而易造成工业管道腐蚀等问题，提出了一种卡琳娜循环与三级有机朗肯联合的动力循环（KC-TORC）模型。以工业烟气为热源、液化天然气（LNG）为冷源，利用热力学仿真的方法构建循环系统，改变烟气出口温度，分析了卡琳娜循环蒸发温度、LNG泵后压力和三级有机朗肯循环（ORC）透平入口温度对热力学性能的影响。结果表明，当烟气出口温度为30 ℃、卡琳娜循环蒸发温度为112 ℃时，最大?效率为62.89%；当烟气出口温度为120 ℃、三级ORC透平入口温度为160 ℃时，最大热效率为32.09%，净输出功可达2.04 MW，年度净资产值可达5.773×10⁶美元；KC?TORC在热力学及经济方面具有优势，对环境保护具有重要的意义。

通过分子动力学，模拟研究了铜纳米线在不同晶向（I：x[1 0 0] y[0 1 0] z[0 0 1]，Ⅱ：x[1 0 1/8] y[0 1/8 0] z[－1/8 0 1]，Ⅲ：x[1 0 1/4] y[0 1/4 0] z[－1/4 0 1]）、不同晶体内外直径比（ α₁=1/6，α₂=1/2，α₃=5/6）、不同孪晶界面个数（0，2，4）下的扭转变形行为，以及铜纳米线在扭转过程中的剪切应力与扭转角之间的关系。结果表明，改变晶向类型，有助于提高铜纳米线的扭转力学性能；减小晶体内外直径比，可以改善铜纳米线的扭转力学性能；减少孪晶界面个数，对铜纳米线的扭转力学性可起加强作用；铜纳米线的扭转过程分为弹性、塑性和变形破坏三个阶段。研究结果可为高强度铜纳米材料扭转的研究提供依据。

为了研究FeNiCu合金微裂纹在不同温度下扩展时发生的力学性能及微观机理变化，运用分子动力学方法，在300、500、700、900 K和1 100 K的温度下，对含有微裂纹和位错的FeNiCu合金模型进行了单轴拉伸模拟；使用可视化软件，对拉伸过程中FeNiCu合金的微观结构演变进行了分析；结合应力应变曲线以及能量变化曲线，着重分析了温度对FeNiCu合金微裂纹扩展微观机理的影响。结果表明，温度越高，合金内原子间距越大，微观结构越不稳定；随着温度的升高，合金的塑性得到提高，其微观缺陷在单轴加载下得到一定程度的愈合，可维持较为稳定的力学性能；当温度升高时，加强位错滑移，加剧位错的发射及运动，而位错塞积更容易形成微裂纹，使位错在滑移方向<110>多处塞积形成微裂纹扩展。

碳捕捉、运输和储存（CCS）对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物（CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%）及超临界CO₂+N₂混合物（N₂摩尔分数分别为1%、3%、5%）为工质，在工质质量流速为300～600 kg/（m²?s）、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下，研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明，随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低，工质的换热系数峰值逐渐升高，且其对应的温度逐渐升高；工质的换热系数随着质量流速的增大而增大，且质量流速越大，换热系数变化幅度越大；随着入口压力的增大，工质的换热系数峰值有所降低，且其对应的温度逐渐升高；湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关。

研究了火炬燃烧器管线开裂区域的破坏机理，通过对管线进行低倍宏观分析、材质分析、显微镜金相分析、扫描电子显微镜（SEM）微观形貌及能谱分析（EDS）与实验相结合的手段，找出了管线失效开裂的原因，进一步分析了敏感环境（介质）、敏感材料和应力状况对管线开裂失效造成的影响。结果表明，在一定的温度下，管线内形成H₂S＋CO₂＋H₂O的酸性腐蚀环境，火炬燃烧器管线的不锈钢材质敏化严重，存在严重的晶间腐蚀；晶间腐蚀造成管壁表面晶粒剥落，产生点蚀坑，点蚀坑处又成为应力腐蚀裂纹的裂纹源；火炬燃烧器管线在制造加工、装置运行等过程中会产生一定程度的应力集中，在腐蚀介质、敏感材质和应力集中三个因素的影响下，火炬燃烧器管线会发生晶间型应力腐蚀开裂而失效。

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻，提高传热过程的稳定性，对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究，讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响，研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明，竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象，在高热流密度下，管内壁温度和平均温度具有不稳定性，在传热恶化区间震荡；在低热流密度下，局部对流传热系数具有不稳定性，在传热恶化区间震荡；在相同的热流密度下，向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性，是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响，产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。