针对传统流道结构在质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）电解水制氢系统中存在的肋下多孔传输层气泡积聚，进而导致水传输受阻等问题，设计了一种新型正弦曲线变截面流道结构，并通过电化学测试研究了该结构对电解槽整体电化学性能的影响。同时，深入分析了该新型流道结构对欧姆过电位、活化过电位和传质过电位的影响规律。研究结果表明，与传统矩形截面流道结构相比，正弦曲线变截面流道显著提升了电解槽的运行性能。在电流密度为2A/cm2时，新型流道结构使电解槽电位降低了81 mV，其中欧姆过电位和传质过电位分别下降了 8.8% 和 62.3%。

为了探究高温高压环境下燃气轮机转子冷却空气挠性管泄漏机制，以便更好的开展工程选型应用，以某型燃气轮机缠绕式挠性管为对象，对其进行了泄漏特性的试验和数值研究。首先对某型燃机转子冷却空气（TCA）挠性管使用条件、泄漏关系和系统允许温升进行分析，明确了TCA挠性管使用要求；然后进行了单内层、单外层和组合式挠性管的试验设计，获取了进出口压比在1-2范围内不同结构形式的泄漏数据；结合试验数据开展了挠性管模型简化和关键间隙数据匹配，最后基于内层和外层的间隙数据，分析了组合式缠绕式挠性管的泄漏特性。结果表明，在运行状态1.05压比下，无论单内层、单外层和组合式挠性管泄漏量均满足要求，组合式挠性管的泄漏量显著优于单层结构；中心旋转对称计算单元间隙需要通过试验数据进行校准；在进出口压比在1-2范围内，校准后的计算数值与实测泄漏量偏差15%以内，满足工程使用要求；单层挠性管泄漏特性差异性较大，不同管径的间隙数值需要分别校准；校准后的组合缠绕式挠性管泄漏量可以较好的匹配实测泄漏数据，为后续TCA挠性管工程选型应用提供依据。

针对喷水推进泵在小流量工况下驼峰区流动失稳问题，在设计工况为Qdes，临界工况为0.75Qdes，深度失速工况为0.5Qdes下，在转速范围为450rpm-650rpm（此处转速仅适用于模拟与试验对比），流量范围为0.4Qdes-1.25Qdes中，采用计算流体力学方法对系统内部流动特性进行数值解析，着重研究了临界失速及深度失速工况下的流动失稳抑制机理，并提出基于机匣轴向开槽的流动控制技术。通过研究发现：流动失稳特征表明，临界失速与深度失速工况下均呈现典型驼峰特性，导致流场品质恶化和效率显著下降；端壁开槽结构展现出显著流动控制效果，临界失速工况扬程提升9.7%，深度失速工况提升幅度达31.3%，成功消除驼峰现象。该改进方案在设计工况下导致效率略微下降1.6%；轴向槽改变了失速工况叶顶间隙泄漏流运动轨迹，将径向泄漏流转化为轴向流动，减小了叶轮进口速度环量，增大进口轴向速度，增强了叶轮的做功能力，提高了推进泵的扬程；受轴向槽数周期性扰动和槽道泄漏流与主流的非定常掺混影响，端壁开槽在15倍和30倍轴频处诱导能量峰值。本研究成果创新型在为喷水推进泵的失速预警和流动主动控制提供了理论依据，所提出的轴向开槽方案在工程应用中展现出良好的失速抑制潜力。

为了解决300 MW压缩空气储能电站膨胀机出口管道能量损失较大的问题，新设计了一种具有多段渐扩结构的排风管。在膨胀机出口排气流量797 kg/s和温度23.6 ℃不变的条件下，采用计算流体力学方法对不同设计方案进行了数值计算，研究了渐扩排风管内流动特性以及进口雷诺数和壁面粗糙度对进出口压降和静压恢复系数的影响。结果表明：与常规的地面出风塔方案相比，新的设计能够节约总额定功率0.193%的能量；新设计中额外增加第二个90°弯头可有效控制排气方向，同时通过减弱迪恩涡引起的二次流提高进口静压恢复量；新设计排风管的静压恢复系数随着进口雷诺数的增加或壁面粗糙度的减小而增加；当采用混凝土或镀锌板制作排风管时，壁面粗糙度的变化对静压恢复系数的影响小于2%；基于数值计算结果，建立了排风管静压恢复系数与进出口压差的计算关联式，为实际工程设计提供了理论支持。

电子电气设备的小型化与集成化提出了更高的热控制要求,在传统传热流体中加入纳米颗粒、相变微胶囊(MEPCM)颗粒是一种解决设备散热冷却问题的可行方法。研究使用二氧化硅(SiO2)纳米颗粒、三聚氰胺甲醛树脂/十八烷胶囊颗粒,分别以单一、混合的方式制备水基SiO2纳米流体、MEPCM悬浮液、SiO2/MEPCM悬浮液,开展这三种功能传热流体在水平圆管内的对流换热实验,研究了雷诺数(Re)、混合质量比(mSiO2:mMEPCM)对流体传热和流动性能的影响。结果表明：在三种传热流体中,SiO2/MEPCM悬浮液通过减小其混合质量比在强化传热综合性能上获得的评价最高,能够实现高效节能换热,且这种优势随Re数的减小而增强。与传统水工质相比,SiO2/MEPCM悬浮液在Re=3153、mSiO2:mMEPCM=1:3下的综合性能实现了约78.77%的大幅提升。

为准确、快速预测锅炉主汽温，提出了一种基于改进麻雀算法（ISSA）优化深度极限学习机(DELM)的锅炉主汽温预测模型。对麻雀算法采用改进种群初始化策略、增加随机因子与自适应调整策略、增加概率分布扰动优化等三种方法相结合的改进方案以提升算法全局寻优能力；利用改进后麻雀算法优化DELM的初始权重、隐藏层节点数和正则化参数以提高模型的预测精度；建立ISSA-DELM锅炉主汽温预测模型，并对新疆某电厂超超临界660MW机组的运行进行主汽温预测仿真研究。结果表明：改进后算法模型的均方根误差相比于普通DELM模型、基于标准麻雀算法（SSA）优化的DELM模型分别降低了46.13%、34.68%,可以更好的预测锅炉主汽温变化趋势。

离心泵内部非定常流动易诱发压力脉动,进而导致泵体振动与流动诱导噪声问题,本文应用计算流体力学方法,研究蜗壳基圆直径变化产生的径向间隙对离心泵非定常流场及流动噪声的影响规律。研究表明：非定常流动下离心泵压力脉动主频均为叶频(290Hz),当基圆直径从1.01D?增加到1.06D?,蜗壳外圈测点a8处叶频下的压力脉动强度减弱了约20%,而叶轮上的压力脉动及所受激励力受基圆直径变化影响较小。在流动诱导噪声方面,基圆直径增加时,主频(290Hz)下隔舌处测点的振动加速度幅值从29.25m/s2降至约25.32m/s2,泵壳外壁上监测点1的总声压级从88.28dB降至87.09dB,但基圆直径的改变对离心泵外声场辐射指向性影响较小。

为减少纯电池旅游船对岸电的依赖，进一步实现纯电池旅游船节能减排与环保性能，一艘松花江流域某59客位纯电池旅游船被选为研究对象，通过利用该船空余甲板面积铺设了52块13S4P的光伏阵列，将其升级为锂电池-光伏电池驱动的纯电动船舶。根据原船电池系统架构进行电池组重组，建立基于荷电状态（SOC）的动态分配机制，将电池系统划分为工作组和备用组：前者负责船舶推进动力供给，后者用于光伏发电系统的电能存储。为保障光伏发电系统与电池系统充电特性的匹配性，重点优化了光伏阵列中单体光伏电池的串并联拓扑结构，并构建了融合太阳能发电的新型能量管理系统控制策略。通过构建融合光伏电池、锂电池及能量管理系统的仿真模型，验证了锂电池-光伏电池系统的协同运行效果，结果显示：在200 W/m2，400 W/m2，600 W/m2，800 W/m2，1000 W/m2光照条件下，单次航程节约电量分别为44 kWh，123 kWh，154 kWh，240 kWh和310 kWh，减少二氧化碳排放量为37 kg，102 kg，129 kg，200 kg，258 kg。

围绕大功率质子交换膜燃料电池（PEMFC）热电联供系统的优化设计与性能分析，提出了一种可实现水电气热梯级利用的高效系统。通过构建耦合氢气循环、余热回收与水管理的系统架构，实现水、电、气、热的多能梯级利用；结合热力学与?分析理论，建立系统仿真模型，量化电堆及辅助部件的?流动与损失分布；并通过实验验证模型准确性，分析运行温度、压力与湿度等关键参数对系统性能的影响。结果显示：系统?效率可达43.4%，热电总利用率超过90%；电堆不可逆?损为主要损耗来源，占比超85%，但辅助部件中电子水泵、加湿器及换热器存在较大可优化空间；在低电流密度下，提高温度与湿度可提升电堆性能，而高电流密度工况则需降低温湿度以抑制寄生功耗。基于上述分析，提出基于工况分段的参数优化建议，实现系统效率与净功率输出的协调优化。研究成果可为PEMFC热电联供系统的高效运行与工程应用提供理论支撑与设计依据。

以液氮为降温介质的低温喷雾冷却技术，是深冷工艺设备的关键技术之一，通过-196℃的极低温介质实现快速相变制冷，使材料在深冷环境中实现性能调质。为探究影响液氮喷雾换热性能的关键因素，设计并搭建了液氮喷雾换热试验平台，系统研究了喷雾高度、喷雾流量、喷嘴直径及喷嘴数量对换热性能的影响。试验结果表明，喷雾高度控制在90.3 mm时可在120 W/cm2热流密度下获得18.3 W/cm2·K的最大换热系数；在流量达到0.0157 kg/s 时，表面过热度在160 W/cm2条件下保持低于16 K；喷嘴直径方面，1.0 mm喷口直径的喷嘴表现最佳，120 W/cm2工况下换热系数约为14 W/cm2·K；三喷嘴布置在80 W/cm2热流密度下实现约20 W/cm2·K的峰值换热系数，并在高热负荷工况下保持过热度稳定。结果表明与传统单喷嘴或多喷嘴布局相比，三喷嘴工况在液滴覆盖均匀性和蒸发持续性方面形成更优平衡，喷雾高度略低于临界高度、适中粒径、较高质量流量可协同提升换热系数并抑制高热通量下的过热度。

针对电站锅炉汽电双驱给水系统在多源耦合与参数时变下的精准控制问题，提出了一种改进粒子群算法（IPSO）优化的模糊PID控制方法。IPSO通过非线性递减惯性权重、自适应学习因子及高斯变异三重机制提升全局寻优能力，并在线整定模糊PID的量化因子和增益修正量。仿真结果表明：与传统PID和模糊PID相比，在施加基准耦合刚度扰动情况下，IPSO-Fuzzy PID控制方法在调节时间分别减少102.4s和27.98s，超调量分别降低20.8%和7.2%。现场试验表明：在满负荷到低负荷下，该策略将出口压力最大稳态偏差控制在±0.5MPa，显著提升了系统的动态响应、稳态精度与鲁棒性。

基于相变材料（PCM）的储能系统具有高储能密度的优势，但其固有的低热导率导致传热性能不佳，需进行强化。为此，引入热管作为热桥，利用其蒸发段从热源吸热和冷凝段向PCM放热实现热量的高效间接传递，以强化系统的换热。设计了一种新型的热管－翅片－折流板复合结构，采用焓－多孔介质模型进行三维数值模拟，系统研究了热管布置方案、翅片构型（环形/纵向/螺旋）和折流板间距对系统储热性能及经济性的影响。模拟结果表明：通过优化热管布局可有效提升系统的蓄热效率与经济效益；与纵向翅片管和环形翅片管相比螺旋翅片管熔化速率最快且η值最高；当折流板间距为140 mm时复合结构系统传热性能最佳，且能兼顾蓄热效率和经济性。

由于“双碳”目标下新能源发电比例的升高削弱了电网调峰能力,致使燃煤机组面临着深度调峰需求。以某电厂600MW八角切圆锅炉为对象,研究其超低负荷(28%额定负荷)下的多参数协同优化方案。通过构建全尺寸三维模型,分析燃烧器喷口配置、过量空气系数、燃尽风比例及燃烧组织方式对燃烧特性与污染物排放的影响。结果表明：适当提高过量空气系数可显著提升燃烧效率,但会增加NO_x排放；燃尽风比例为10%时,可以实现最高燃烧效率；燃尽风比例为15%时,NO_x排放最低；四层燃烧器配置侧重于降低污染物排放,其NO_x排放浓度较三层配置减少22.8 mg/m3；而三层配置侧重于提升锅炉热效率,其飞灰未燃尽碳含量较四层配置下降0.59%。

采用数值模拟方法，展开直燃炉双钝体驻涡燃烧器（Trapped Vortex Combustion, TVC）流动和燃烧特性的研究。在冷态工况下，探讨了锥形钝体对预混均匀性的影响；在燃烧态工况下，研究了开孔钝体对燃尽率、火焰稳定性等燃烧特性的影响。结果表明：锥形钝体的导流作用与后端涡旋区协同，使预混不均匀度较无锥形钝体结构降低2.51%；开孔钝体与燃烧腔协同形成的多驻涡回流区，显著增强了火焰抗熄火能力并促进了燃气二次燃烧；双钝体TVC燃烧器实现了高达99.63%的燃尽率。仿真模拟进一步表明，即使将低热值高炉煤气替换为高热值干馏煤气，燃尽率仍可达98.33%。该燃烧器有效提升了火焰稳定性和有助于减少CO等污染气体排放。

为了揭示炉水循环泵内部非定常流动特性，并提高其水力性能及运行稳定性，针对运行背景压力为36.6MPa，输送360℃的高温水的炉水循环泵，提出了基于反向传播（Back Propagation，BP）神经网络代理模型及非支配排序遗传算法II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-II）的炉水循环泵多目标优化方法。采用FLUENT软件对0.6Qd、Qd、1.4Qd流量工况下泵内部流动进行了模拟，并根据试验结果验证了数值模拟的准确性，揭示了炉水循环泵内部非定常流动规律，在此基础上，采用拉丁超立方抽样方法对叶轮结构参数取样，根据抽取样本构建BP神经网络代理模型，以压力脉动系数主频振幅最小、扬程和效率最大为优化目标，结合NSGA-II算法进行结构优化，对比分析了优化前后的扬程、效率及压力脉动系数。研究结果表明：设计流量下内部流场流动最稳定，随着流量增大压力脉动强度呈逐渐增大的趋势，导叶进口附近压力脉动最大；叶轮与导叶内部的压力脉动频谱中，主频由彼此叶片数量决定；优化后模型泵与原模型泵相比，扬程增加了4.15%，效率提升了0.4%，监测点gv1处压力脉动系数主频振幅减小了8.19%，优化效果较好。

针对工业烟气余热回收中换热器积灰与传热性能衰减的关键问题,本文提出了一种错排布置的变方向向扭曲椭圆管结构,通过数值模拟方法系统研究了其流动传热特性与积灰性能。基于SST k-ω湍流模型与离散相颗粒沉积模型,对比分析了变方向向扭曲椭圆管与传统圆管、单向扭曲椭圆管的综合性能差异。研究表明：变方向向扭曲椭圆管通过周期性反向扭曲结构诱导三维螺旋流场,强化流体掺混的同时显著降低背风侧涡流区面积。相较于圆管,其PEC提升109.8%,管束表面颗粒沉积量减少89.3%；相较于单向扭曲椭圆管,流动阻力降低53.3%,在相同传热面积下展现出更优的流场调控能力。该研究为开发兼具抗积灰特性与高效传热的工业换热器提供了理论依据。

为了掌握大型高温绝热压缩空气储能系统的热力学特性，根据模块化建模理论并借助EBSILON平台建立某300MW大型高温绝热压缩空气储能系统（LHTA-CAES）热力学仿真模型。考虑系统多介质梯级换热的特点，研究系统在环境温变工况下的热力性能，同时针对环境温变下系统发电功率偏离额定值的问题，基于协同调节思想对气-盐-水流量调节策略开展研究，并在最优流量调节策略下揭示系统变放电负荷时的运行特性。结果表明：在额定进气质量流量下，环境温度由-10℃上升至40℃，压缩机耗功和透平输出功分别增加了10.76%和8.07%，系统效率非线性衰减了1.72%。三介质流量协同调节可使系统在全温域维持平均效率在70.35%以上，较单一空气流量调节策略最高提升0.11%。在三介质流量协同调节策略下系统变放电负荷运行时，低放电负荷下的系统效率始终小于高放电负荷下的，系统效率随环境温度的升高先增大后减小。

在虚拟电厂中,不同分布式机组所属利益主体不同,各机组的灵活调节价值难以在协同优化中体现。因此,提出了考虑灵活性贡献度的虚拟电厂多主体协同优化策略。首先,基于混合博弈理论提出了虚拟电厂多机组协同运行框架。在上层主从博弈中,虚拟电厂运营商作为领导者动态调整电价,各机组作为跟随者优化自身电能交易计划。其次,下层多机组以合作方式形成联盟,采用非对称纳什议价方式分配合作剩余价值。提出灵活性贡献度来量化各机组议价能力,以体现灵活调节资源的价值。最后,算例结果表明所提基于灵活性贡献的纳什议价因子能够根据机组的功率偏差与灵活调节贡献量化其灵活性资源的价值。建筑负荷机组、分布式光伏机组和充电站机组纳什议价因子分别为1.16、0.68和0.33。经过非对称纳什议价后各机组效益分别提升2401.2元、1006.2元和674元。

针对复合储能系统(hybrid energy storage systems，HESS)面向风电平抑的经济优化问题，提出一种协同功率优化的容量配置方法，通过重构HESS功率与容量配置方案的协同设计，实现风电平抑净效益最优。首先，采用多项式拟合滤波(savitzky golay，SG)分离并网功率和HESS功率；其次，通过两阶段变分模态分解(variational mode decomposition，VMD)对HESS功率重构，并引入模糊化约束对HESS功率进行充放电协调修正，有效减少HESS充放电次数并延长其寿命；然后，综合考虑HESS寿命、功率、容量及荷电状态(state of charge, SOC)等因素，构建以全寿命周期净效益最大为目标的容量优化配置模型并采用足球队训练算法(football team training algorithm，FTTA)求解，避免因系统功率与容量分离优化导致的局部最优问题。仿真实验表明，所提方法满足风电并网约束并实现了HESS参与风电平抑的协同经济最优。

为提升工业领域中低品位余热的利用效率、缓解能量供需时序失衡并降低运行成本，设计了一种基于耦合卡诺电池的绿色低碳余热回收系统。该系统通过电—热双向能量转换实现多能互补与动态优化调度，在电力低谷期将电能转化为热能储存，在高峰期经热力循环释放能量，从而平衡负荷波动并提升能源利用率。基于典型两天（48 h）运行工况，建立电—热—储多能耦合优化模型，对比分析传统替代储能方案与含卡诺电池系统的运行特性。结果表明，耦合卡诺电池可显著改善电网功率波动特性，最大购电功率降低19.8%，功率波动标准差下降至1.20 MW，峰均比由3.24降至2.16；同时，总运行成本由37 338.15元降至36 551.91元，降低约2.11%。该系统实现了低品位余热的高效回收与灵活利用，提升了综合能源系统的能效与经济性，为工业能源系统的优化与绿色低碳运行提供了技术支撑。