为了提高CO2跨临界热泵系统的制热性能，建立了CO2跨临界空气源热泵系统试验台及仿真模型。通过实验对所建立模型的可靠性进行了验证，分析了高压压力、冷却水流量和环境温度等因素对系统性能的影响，并对CO2气体冷却器和CO2蒸发器进行结构优化。结果表明：气体冷却器外管管径为19~27mm时，COPh下降约37.15%，但较小的管径在节省管材的同时会出现流动阻力增大的问题。蒸发器管径为6~12mm时，COPh下降约51.21%；管长为8.49m~10.49m时，COPh增大了18.28%。考虑成本情况下，选择小管径、单排管长在5~8m的铜管换热器换热效果较好。

为了探究涡轮叶片直通道内结构对射流冲击冷却性能的影响，在直通道内增设扰流肋与射流孔组成通道复合冷却结构。设置了六个因素（肋高/肋间距e/P、射流孔倾角α、射流孔位置K、肋倾角β、长距比e/H、射流孔长径比e/d）和五个水平，采用L25(56)正交表进行正交实验设计。使用ANSYS FLUENT软件模拟直通道内的射流冲击靶面的过程，入口质量流率为0.114302 kg/s，入口空气温度为293 K，雷诺数Re=40000，靶面温度设置为323 K。分别得到25组结构的靶面(Nu) ?/Nu0和f/f0，最大(Nu) ?/Nu0组为C_5((Nu) ?/Nu0=2.5163)。正交试验设计极差分析得出各因素对靶面(Nu) ?/Nu0的影响程度由大到小依次是：F(e/d)＞E(e/H)＞D(α)＞A(e/P)＞C(K)＞B(β)。通过优化设计得到了各个因素的影响趋势以及最优结构组合。优化结果显示：最优结构为C_0( A1B5C3D1E3F5),最优结构的靶面平均热流密度为6.6337 W/(m2·oC)，靶面驻点中心位置的局部努塞尔数可达4000以上。利用正交实验设计以提高靶面换热效率为目的，得到各个结构参数最优项及变化趋势。旨在为基于燃气轮机涡轮叶片内部通道冷却设计优化提供新的参考。

为提高垂直轴风力发电机（VAWT）的气动性能，提出了一种尾缘双襟翼设计，通过数值模拟分析了不同襟翼偏转角及主动控制策略对VAWT气动性能的影响。分析了上下襟翼的偏转角为30°时，VAWT气动性能得到有效提升，能够适应更广泛的尖速比条件。在此基础上，通过实施主动控制策略进一步提升其气动性能。研究表明：主动控制下的尾缘双襟翼结构可显著增加叶片表面压差、优化叶片表面压力分布以及提升叶片转矩；在研究尖速比范围内的风能利用系数峰值较参考VAWT提升了23.7%。

以某两级动叶可调轴流风机为研究对象，对其Ⅰ级动叶叶片进行穿孔设计。基于Fluent定常计算，研究了穿孔前后风机的内流特性，通过大涡模拟分析了风机气动噪声的变化，并利用ANSYS有限元动态分析模块校核了各模型叶片的强度和振动特性。结果表明：动叶穿孔对风机性能有一定影响，在设计工况下，θ=15°模型可有效提升风机的全压和效率；叶片穿孔改变了动叶尾缘附近的涡结构及大小，由此影响风机的气动噪声；适当的穿孔角对抑制风机噪声有明显效果，其中θ=30°模型降噪效果最好。叶片的强度分析表明各模型的最大等效应力均小于其许用应力，且叶片穿孔后的各阶固有频率均低于原叶片并避开了叶片通过频率，即叶片穿孔不会引发共振。综合考虑风机的全压、性能及强度特性，30°为最佳穿孔角。

为了更深入地理解旋转对直圆管内湍流流动行为的影响，在已有实验基础上，借助Fluent软件开展了周向旋转条件下直圆管内湍流流动换热和压降的仿真计算。Realizable k-ε湍流模型和EWT（Enhanced Wall Treatment）近壁面处理方法为本研究工作采用的方法。结果表明，当均匀加热的直圆管道绕着垂直于它的轴转动时，管内流动流体受到不均匀科氏力的作用产生了二次流，同时管壁温度沿周向呈现非均匀分布。其中靠近旋转轴一侧管壁的温度上升，换热恶化；远离旋转轴一侧管壁的情况刚好相反。与旋转条件下的实验结论存在差异的是，仿真显示低速旋转对直圆管内湍流流动综合换热和压降的影响并不明显。当旋转角速度不超过20 rad/s时，管壁综合换热系数提升不超过3.5%，圆管进出口压降提升不超过2.8%。

为探究环路热管(loop heat pipe, LHP)蒸储漏热、气液演变以及性能三者之间的关联，设计了一套全可视化实验系统，该系统能够在监测温度、压力与质量流量的同时观察其内部工质气液分布的变化，实验装置中利用石英玻璃与PFA管作为可视化手段，并对该LHP在升功率工况（5-10-15-20-25 W）下的运行过程展开研究。对比分析了随着热负荷升高，储液器液位高度、冷凝器管线气液界面高度与热阻的变化趋势，并通过实验参数计算其蒸储漏热量，与可视化现象进行对比分析。研究表明：随着热负荷的升高，蒸储之间漏热加剧，中心通道内由核态沸腾产生大量气体工质，导致储液器内气相占比上升、液位下降，致使冷凝管线内气液界面向蒸发器出口方向回退至气体管线内，蒸发器温度及内部压力大幅上升，热管性能恶化。

在强制进化随机游走算法中，个体间信息完全无交流虽然提升了全局搜索能力，但也限制了优化效率的提升，最终影响了算法的优化效果。因此，本文提出了基因融合与竞争策略优化换热网络，旨在强制种群内个体进行信息交流，激励个体更有效地搜索解空间。在该策略中，将网络结构中的换热匹配定义为基因，个体地位根据经济性高低分别标记为优势个体和劣势个体。在融合阶段，个体周期性习得其他优劣个体内某一基因；在竞争阶段，按照流股和节点位置信息判断个体所习得基因性质。最后，设计并优化了个体在各个阶段的学习参数。结果表明，当融合数量合适时，优劣个体三部分间随机学习且习得基因为全新基因时优化效果最好。个体通过基因的融合与竞争形成新网络，强化个体结构竞争，实现了个体结构的有效更新。应用于换热网络实际综合问题的H4C5和H10C5算例中，迭代次数分别为7.06×108次和9.73×107次，所得优化结果分别为2,891,081$/a和5,111,388$/a，均优于现有文献，证明了该策略的经济性。

为探究某回流燃烧室曲面Z型环气膜冷却流场特性，设计9种曲面Z型环气膜冷却结构进行试验和数值研究，采用PIV流场测量试验及数值仿真的方法，得到不同气膜孔间距p、排距s和不同吹风比M对流场的影响规律。结果表明：1）保持气膜孔排距s=0.8mm不变，随着气膜孔间距p从0.8mm增大至1.6mm，流场特性基本一致，冷气覆盖面积无明显改变；2）保持气膜孔间距p=1.2mm不变，随着气膜孔排距s从0.8mm增大至1.2mm，流场特性基本一致，冷气覆盖面积无明显改变；3）保持气膜孔排距s=0.8mm、气膜孔间距p=1.6mm不变，随着吹风比从0.5增大至3.0，流场特性改变，次流出流速度变大，冷气侧漩涡变小至消失，被主流吸引的次流减少，冷气覆盖面积增大。

针对火电机组变负荷工况下调峰灵活性不足的问题，本文提出融合特征筛选与动态时序建模的RF-LSTM混合预测方法，以某660 MW超超临界机组为研究对象，采用随机森林算法进行特征重要性评价，并剔除非稳态值和噪声值，建立包含选定的16个特征参数的预测模型，得出预测曲线及相关预测数据，并利用预测数据计算变负荷速率及调节速率。结果表明，该模型用来预测特征参数随时序变化具有较高准确性，平均绝对误差的数值均在3.0以下，通过计算得到的变负荷速率预测值与实际值误差在10%以下，升负荷速率维持在5.0-6.0 MW·min-1之间，升负荷调节速率在0.8-1.0 %·min-1之间；降负荷速率在3.5-4.5 MW·min-1之间，降负荷调节速率在0.6-0.8 %·min-1之间（个别数据略微超出以上区间），说明该模型可以作为变负荷速率预测模型。最后对比其他预测模型，该模型的预测效果最佳。

顺排管束作为换热器的关键换热结构,本文针对三行四列顺排管束,采用大涡模拟数值研究雷诺数5500工况下的脉动流强化传热方法应用于顺排管束。首先分析稳态流工况管束间存在的涡脱落现象和剪切层不稳定性,获取涡脱落频率fvs和剪切层不稳定频率fsl,选定涡脱落频率fvs数值作为脉动流的强迫频率fp。随后在相同工况施加脉动流,进一步分析脉动流对管束的流动传热的影响,最后提出脉动流强化传热的深层机制。结果显示,脉动流脉动流对于中间管束的强化作用相比于第1列和最后1列更加明显,相比于稳态流,脉动流使管束的时均努塞尔数和压力系数和综合传热系数PEC都有提高。

为保障主机同轴给水泵机组的运行安全，以某660MW配置主机同轴给水泵的超超临界机组为例，基于GSE动态仿真软件，建立了其热力系统动态模型，采用仿真模拟与理论分析相结合的方法，计算了主机给水泵发生故障后，配置应急电泵容量及旁路安全阀开启策略对机组运行安全的影响规律。结果表明：主机同轴给水泵发生故障后，开启应急电泵，主蒸汽压力迅速下降，大约300s左右，主汽压力达到稳定值；应急电泵容量对应负荷为30%~50%THA，应急电泵的容量越大，压力达到稳定所需时间越短；主再热汽温变化趋势与应急电泵容量直接相关，当容量增加至40%THA负荷对应给水流量值时，主再热汽温先下降后上升，最终到达与容量值配置值的新稳态工况；过早开启旁路安全阀泄压易诱发省煤器汽化，威胁机组运行安全；应急电泵容量对应负荷为30%~50%THA时，安全阀开启时间由360s下降到220s；当应急电泵容量太低时，无法将锅炉系统内过多的热量及时带走，最小容量配置为35%THA工况对应的给水流量值。

针对换热器流道空气侧传热效率低的问题，本文通过数值模拟研究Re=5000～17500 时矩形通道内安装8对弯曲涡流发生器对流道传热性能的影响，分析了涡流发生器不同几何形状、弯曲角度及迎攻角度对流动传热的影响，并基于场协同原理分析传热增强机理。结果表明：加入弯曲涡流发生器可均匀压力分布、分散温度梯度，气流分离与再附着可形成湍流和二次流区域，提升换热效果；Re=5000～12000区间鱼鳍形涡流发生器换热效果最佳，流动性能较好，矩形涡流发生器Re=12000时Nu为53.67，开始超过鱼鳍形成为最高，Re=12000～17500区间矩形涡流发生器Nu始终略高于鱼鳍形，换热性能最佳，但流动阻力始终最大；弯曲角度从15°增加到75°时，Nu/Nu0降低17%，f/f0降低25%，PEC降低9%；迎攻角55°时Nu/Nu0达到最大值1.63，换热效果最佳，迎攻角60°时f/f0相较于30°增大92%，迎攻角45°时PEC有最大值1.147，较55°换热最佳工况提升8%，综合换热性能最优；引入弯曲涡流发生器可降低流道中场协同角，Re=5000情况下带有鱼鳍形涡流发生器的矩形流道边界层附近场协同性最优，强化换热效果最显著。

为研究耐磨耐火材料导热系数对循环流化床(circulating fluidized bed，CFB)传热特性的影响，以某300 MW CFB锅炉所给定的结构尺寸和各受热面面积、锅炉容量和主要运行参数为研究对象，采用热力计算方法对炉膛下部锥段采用导热系数分别为λ=1.5、5、10、15、20W/(m·℃)的耐磨耐火材料时，床温特性、过热蒸汽温度特性、炉内各受热面吸热量的变化规律进行了分析。结果表明，随着炉膛下部锥段所采用耐磨耐火材料的导热系数增加，锅炉床温呈下降趋势；蒸发器吸热比例增加；过热器和再热器吸热量均减小；蒸发器吸热量和炉内总吸热量总体呈上升趋势，但当导热系数增加到一定程度，即大于20W/(m·℃)时，炉内蒸发器和炉内总吸热量反而降低；耐磨耐火材料导热系数为λ=1.5、5、10、15W/(m·℃)时，主汽温度经过减温水减温可保持设计温度540℃不变，而且随着耐磨耐火材料导热系数的增加，过热器减温水量减少，但当导热系数增加至20W/(m·℃)时，主汽温度降低，尽管此时过热器系统不进行喷水，依然无法满足主汽温度的设计要求，故炉膛密相区耐磨耐火材料导热系数推荐不超过20W/(m·℃)。

为提升热电联产机组大范围变负荷工况下的负荷响应能力，提出一种基于广义预测控制的热电联产机组变工况切换协调控制策略。为定量评估不同工况模型间的相似度，利用间隙度量理论，计算了热电联产机组模型与3个典型工况点之间的间隙度量值；进一步提出了基于间隙度量值指导的热电联产机组多工况点模糊切换模型以提升负荷响应控制精度；最后，将所提模糊切换模型与广义预测控制策略结合，设计了热电联产机组的优化控制策略。以某235MW机组为例，在205MW至235MW工况条件下对所提控制策略和传统协调控制策略进行了对比验证，结果表明所提策略显著提升了机组的负荷响应性能：单次斜坡指令下负荷响应IAE、ITAE指标平均提升22.52%，连续阶跃变负荷指令下K1、K2、K3指标分别提升45%、49.6%和11%。

在某型喷水推进器的进水流道的斜背上，设计了两孔射流旋涡发生器(VGJ)以期抑制低进速比(IVR≤0.7)时流动分离。采用SST k-ω湍流模型对不同进速比下的流动进行数值模拟，比较了VGJ控制推进泵进流的畸变程度以及泵内压力脉动的频谱特性。结果表明在典型进流畸变IVR=0.5工况下：VGJ显著降低了进水流道的出流畸变，提升了喷水推进器22.61%推力和21.88%推进效率。进流畸变引发的轴频压力脉动比叶频脉动高一个量级，导叶内压力脉动沿叶轮周向出现了方向性，VGJ控制后，压力脉动幅值下降了1/3。VGJ降低了推进泵进流畸变，提高了推进泵水力性能，降低了泵内流体的压力脉动，对喷水推进器减震降噪是有应用潜力的。

为实现固体废物的高效清洁利用，提出一种集成固体废物等离子气化处理、联合循环发电与污泥热解的新型系统。在该系统中，利用固体废物气化与污泥热解产生合成气，清洁后合成气被输送至燃烧室中燃烧产生高温烟气，并利用余热锅炉回收烟气余热；同时利用联合循环中部分高品位蒸汽为污泥热解提供热源，实现能量的梯级利用。以进料速率为1.00 kg/s的等离子气化炉与污泥热解反应器为研究对象，通过Aspen Plus和EBSILON软件进行仿真模拟，并对所提系统进行热力学和经济性分析。结果表明：该系统的净电功率为10.86 MW，其能量效率和?效率分别达到50.13%和53.66%，能量效率较常规固废气化技术提高约1.60%；蒸汽轮机为系统最主要的?损来源，约占系统总?损失的26.84%。在运行周期内，系统的净现值可达到32434.54万元，动态回收周期为5.39年。敏感性分析表明，系统在固体废物处理补贴价格降低不超过65.43%时，仍保持盈利。

本文针对全转速汽轮机1500mm末级动叶片顶部专用超音速叶型的激波结构和变工况气动性能开展研究。采用数值模拟方法分析了进口马赫数从0.9到1.3、出口等熵马赫数从1.42到2.48范围内的流动情况。结果表明，激波结构主要由前缘波及其两次反射波、尾缘波及其一次反射波组成。叶型损失随出口等熵马赫数增加而下降，进口马赫数为0.9和1.3时，出口等熵马赫数从1.42增加到2.48的能量损失系数分别降低0.016（42%）和0.097（66%）；叶型损失随进口马赫数减小而降低，出口等熵马赫数为1.42时，进口马赫数从1.3降到0.9的能量损失系数降低0.1（74%），而在出口等熵马赫数为2.48时，仅降低0.028（58%）。造成这种变化的原因与尾迹区和激波强度的变化密切相关。

高位收水冷却塔因其能够节约收水势能，减少淋水噪音而被电厂广泛使用。为了研究高位收水冷却塔小雨区水滴直径的分布规律，对高位收水机械通风湿冷塔(高位机械塔)和高位收水自然通风湿冷塔(高位自然塔)的小雨区水滴直径进行了现场测试。分析了各直径范围的水滴数量占比以及累积分布情况。结果表明，两种塔型水滴直径均集中分布在0.5-16.0mm之间，且直径5.5mm的水滴占比最大。对于高位机械塔，随着气水比的增加，大水滴直径（水滴直径范围8.0-16.0mm）的水滴数量占比呈现先增加后减少的趋势，对于高位自然塔，由于其小雨区高度较小，它的三种类型水滴直径的分布占比较为稳定。最后，通过对水滴直径分布的拟合，提出了高位机械塔和高位自然塔水滴直径的累积分布关联式，此关联式修正了传统数值模拟对于水滴直径的假设缺陷，对于提高高位收水冷却塔小雨区内热力计算的精确度提供了理论依据。

变循环发动机可调导叶技术对提升发动机宽工况性能至关重要。针对对高压涡轮采取可调导叶的应用和研究相对较少的问题，首先对PW-e3高压涡轮采取了可调导叶设计，通过数值模拟方法研究了可调导叶对设计工况涡轮级气动性能的影响，并系统研究了导叶开度变化时跨音速高压涡轮叶栅内二次流和激波的变化特点。结果表明，对高压涡轮导叶采取可调设计能够有效满足变循环发动机的宽工况需求，但会使高压涡轮气动效率降低超过1%，且导叶关小相比于导叶开大时效率降低幅度更大。此外，开度变化显著影响高压涡轮二次流与激波结构，-3°工况下导叶开始出现跨音速流动，动叶激波损失突增；随着导叶开大，动叶压力侧分离流动发展为失速团，并导致动叶马赫数增加。研究揭示了高压涡轮可调导叶与跨音速流场的耦合作用特点，为变几何高压涡轮的宽工况气动设计与性能优化提奠定了一定的理论基础。

为了实现燃煤电厂锅炉烟气余热的深度利用，以某660 MW超超临界燃煤机组空气预热器旁路烟道系统为对象进行变工况特性分析并建立了多参数优化模型。基于Ebsilon系统仿真模型进行模拟计算，获得了旁路烟气比例、旁路省煤器进水流量和旁路中间点烟气温度对系统运行特性的影响规律，并探究了不同旁路烟气量下的最佳进水流量。在此基础上提出了一种利用现场运行数据校准预训练代理模型的优化方法。首先，利用大量仿真数据训练模型；然后，采用模型迁移的策略，利用少量现场运行数据对预训练模型进行微调；最后，以煤耗率最低为优化目标利用遗传算法进行烟气旁路多参数寻优。通过现场试验验证所提方法的有效性，结果表明在100 %、75 %、50 %和30 %负荷率下，系统煤耗率相比优化前分别降低了0.53、0.58、0.56和0.62 g/(kWh)-1，为燃煤机组烟气余热利用系统的设计和优化提供参考。

基于数值模拟方法，系统分析了涡轮叶片冷效试验冷却空气流动换热特性及温度测量的潜在误差，提出了降低测温误差的优化试验方案。针对某型叶片冷效试验，结合试验工况对冷却空气在试验段内的流动与换热特性进行数值研究。结果表明：冷却空气经引气管进入集气盒时，因引气管自然对流散热导致温度下降（扰动为0.5%），随后在集气盒内受高温燃气下窜加热而显著升温（扰动为15.5%）。前者在工程应用中可忽略，而后者对冷效试验结果影响显著。通过在叶片安装段下部腔室外壁增设冷气通入孔并调控冷气流量，可使进入叶片的冷却空气温度与实测值一致，同时改善集气盒内温度分布的均匀性，有效降低试验误差。