针对船舶燃料气体供应系统核心设备高压气化器，在运行过程中传热能力不足及运行不稳定的问题，设计了一种冷/热板片为1∶3分布的防冰冻型超临界LNG高压气化器，构建超临界氮气-50%乙二醇水溶液（50%EGW）传热与流动性能测试装置，研究了冷、热侧入口流量对换热及流阻特性的影响规律，并动态评估了运行过程中的冻结风险。试验结果表明：当超临界氮气入口流量从400 kg/h增至1 000 kg/h时，热侧出口温度最大降幅达5.93 ℃，平均换热量与总换热系数分别提升147.3%和246.9%，同时超临界氮气侧总压降增加160 kPa（摩擦因子增幅57%）；而50%EGW流量在10 669~17 071 kg/h区间变化时，换热能力保持稳定，其摩擦因子仅增加5.7%。当高压气化器热侧流体接近冻结状态时，传热性能显著恶化。研究揭示了高压气化器在超临界工况下的传热强化机制与流动阻力演化规律，可为高压气化器的结构优化与防冰冻设计提供理论依据和数据支撑。

针对水基钻井液幂律流体的特殊流动与换热特性，采用试验与数值模拟相结合的方法，系统地研究了幂律流体在蛇形通道内的流动换热行为。试验研究在雷诺数（Re）为200~600的范围内开展，结果表明，幂律流体在此区间仍具有较高黏度，对流换热系数与压降均随流速增大而上升，其中，对流换热系数最大增幅为29.9%，压降最大增幅为40.5%。数值模拟部分覆盖Re=240~2 900的范围，当Re从700增至2 900时，努塞尔数（Nu）提高290.2%，而压降仅增加109.9%。通过对比蛇形通道与直通道的流动换热特性发现，在Re≤700时，两者的Nu差异不大；当Re>700时，蛇形通道的换热性能提升显著高于直通道。此外，幂律流体在板式结构中的Nu随Re增加逐渐偏离基于牛顿流体的经验关联式计算值，且普遍低于传统经验公式预测结果。研究可为海上钻井平台高效紧凑型钻井液换热装置的优化设计提供参考。

针对钻井液幂律流体特殊流动传热问题，采用试验测试的方法对水基钻井液在螺旋管内的流动与换热特性进行研究，其中，钻井液流动雷诺数为727~6 810，热流密度为4 849~14 546 W/m²。结果表明，钻井液幂律流体的对流换热系数和压降均随雷诺数的增加而增加，而加热热流密度对换热系数和压降的影响较小；获得的钻井液幂律流体换热Nu显著偏离基于牛顿流体建立的经验关系式预测值；摩擦因子f与已有经验关联式的预测值吻合较好，相对偏差在18.11%以内；基于试验测试数据拟合，获得了钻井液幂律流体换热Nu经验关联式，其预测值与试验值相对偏差小于10%。研究结果可为钻井液幂律流体高效紧凑降温换热装置设计提供参考。

为针对降膜换热器设计与运行优化问题，提出采用高清摄影与数字图像处理技术，探究多排水平管外降膜流动的润湿性，通过搭建十排水平管可视化实验台，分析了3种管径、4种管间距及4种管间流型下的液膜分布，提出“润湿长度”指标，并分析其随管径管径（d）、管间距（s）及液膜雷诺数（Re_l）的变化规律，得到结果为：流量、管径、管间距增大均促进润湿长度增长；当s/d=1.25，滴状、柱状、片状流型的最佳管径分别为16，25，25 mm；Re_l≤505时，润湿效果优劣顺序为l_{16 mm}>l_{19 mm}>l_{25 mm}，Re_l>505时为l_{25 mm}>l_{16 mm}>l_{19 mm}。拟合润湿比及总润湿长度关联式，与实验值、文献实验值对比，平均误差分别小于10%和8%，吻合良好。结论是可为传热传质实验及换热器设计提供理论支撑。

螺旋扁管换热器凭借其强化传热优势，已在石油、化工、电力等诸多工业领域获得一定应用。围绕其独特的管内外传热与流动特性，研究者人员已开展了较为广泛的研究。针对螺旋扁管换热器现有研究中传热强化机理阐述不够全面，特别是抗振动性能总结明显不足的问题，本文系统梳理了螺旋扁管换热器管内外传热与流动特性的研究进展，重点分析了影响其性能的关键因素及流体诱导振动机理，并归纳评述了现有的抗振方法与技术。结果表明，螺旋扁管换热器凭借独特的优势，在最新工程应用中可实现20%~50%的实际节能效果，为该新型换热器的深入研究和工程优化设计提供理论支撑与实践参考。最后，提出了当前研究还需解决的科学和技术挑战，并对未来的研究方向进行了展望。

针对芯片功率密度攀升导致传统散热器传热效率不足的问题，提出一种基于泡沫金属与多孔肋协同作用的新型芯片散热器。通过数值模拟构建三维复合结构（以泡沫金属为背景区域，多孔肋为热点区域离散阵列），以峰值温度、温差、压降和等效热阻为评价指标，将新型散热器与传统泡沫金属散热器及多孔肋散热器进行性能对比。结果表明：在冷却液入口流速为0.1~0.4 m/s、孔隙率为0.8的条件下，新型散热器的峰值温度最低（36 ℃，较泡沫金属散热器低2 ℃，较多孔肋散热器低1 ℃），温差最小（3 ℃，较前两者分别低1 ℃和4 ℃），等效热阻最低（1.3 K/W，较前两者分别低7.1%和10.3%）；其压降增幅（300%）低于多孔肋散热器（330%）和泡沫金属散热器（302%），证明泡沫金属与多孔肋的多尺度协同作用可有效提升散热性能。研究可为高功率密度芯片散热器的设计提供参考。

针对低GWP（全球变暖潜能）、零ODP（臭氧消耗潜能）的环保制冷剂R290（丙烷），在高效换热器设计中面临的传热性能受限、仿真成本高及优化效率低等问题，建立了分布参数模型与算法，显著提升计算效率，换热量预测误差仅为2.78%，与试验吻合良好。选取波纹倾角（β）、波纹节高比（p/b）和板片长宽比（L/W）为设计变量，构建人工神经网络（ANN）代理模型，耦合非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行多目标参数优化。结果表明，模型的平均均方误差（MSE）仅为0.54%，决定系数（R²）高达0.996 6，预测能力较强；综合换热性能与压降成本，分析Pareto前沿获得最优参数组合：β为50°，p/b为2.0，L/W为2.0，总换热量提升31.20%。研究结果可为R290板式蒸发器的高效化设计提供可靠方法，有利于推动环保制冷系统的性能升级与低碳转型。

为探究枕型板换热器（PPHE）几何参数对其热工水力性能的影响规律，采用数值模拟法系统分析了不同结构参数下的流动与换热特性。现有研究中的结构型式较为单一，为此，以等距焊点布置S_T=2S_L=62 mm，h_i=6 mm，D_sp=10 mm的枕型板为参考工况，在雷诺数Re=1 000~8 000范围内，重点考察焊点模式及其他几何参数变化对换热性能的影响。结果表明：随着横向节距S_T增大，努塞尔数（Nu）与摩擦系数均减小；纵向节距2S_L增大使Nu先增后减，摩擦系数持续上升；通道高度h_i增大导致Nu下降而摩擦系数上升，从而使综合性能随h_i增加而降低；焊点直径D_sp增大则因扰动增强，使得Nu、摩擦系数及综合性能均提升。在低Re条件下，等距焊点模式（S_T=2S_L=62 mm）表现出更优的综合性能；而在高Re时，横向焊点模式的性能优于等距与纵向模式。综上，降低h_i、增大D_sp、在低Re时采用等距焊点布置、高Re时采用横向焊点布置，有助于提升枕型板换热器的综合性能。研究结果可为PPHE的结构设计与性能优化提供理论依据。

针对印刷板式换热器（PCHE）在运行过程中交叉流和逆流耦合传热机理不明确，导致该类装备设计难的问题，开发了适用于PCHE内流动传热过程的数值模型；采用SLENDER BLOCK+方法对PCHE芯体进行结构化网格划分，实现了工业化PCHE芯体的高质量网格划分与数值仿真；同时，通过工业化测试数据对模型精度进行了验证，换热负荷误差小于10%，压降误差小于5%；并基于仿真结果分析了PCHE内的流动传热特性。结果表明，天然气各通道温度呈显著非均匀分布，近海水入口通道为强化换热区，近出口侧为换热恶化区；数值分析揭示该设备存在40.5%的设计余量，表明流通结构存在显著优化空间。研究可为后续国产PCHE的性能预测与优化设计提供参考。

为提升天然气热处理炉高温烟气余热回收利用率，提出了一种高效的仿蜂巢扭管余热回收器，以深度回收烟气中的余热。研究设计了由9根仿蜂巢扭管组成的余热回收器，并利用CFD软件Fluent对其冷凝耦合传热过程进行数值模拟。通过改变助燃气与烟气的体积流量，系统分析了仿蜂巢扭管的传热与阻力特性。结果表明，当烟气和助燃气体积流量分别为0.889，0.978 m³/s时，系统性能最佳，能将950 ℃的烟气冷却至135 ℃，同时将助燃气加热至588 ℃；在雷诺数Re为6 860，且水蒸气含量为10%的工况下，该回收器综合传热经济性最优，其性能评价指标较常规圆管换热器显著提升，约25%。仿蜂巢扭管余热回收器因其独特结构，通过强化传热实现了能量的高效回收，能普适性地应用于工业炉窑烟气余热回收，为工业节能技术改造提供了可靠方案。

针对现有研究缺乏对板式蒸发冷凝器各换热环节相对贡献的定量分析、制约性能精准优化的问题，通过理论分析与定量对比，研究新型板式蒸发冷凝器中空气-壁面对流换热、喷淋水对流换热及蒸发换热的相对贡献，系统分析不同空气流速与喷淋水量对换热性能及压降特性的影响。研究分别建立了干、湿工况下，新型高效板式蒸发冷凝器的数值仿真模型，并与传统管式结构进行换热性能对比。结果表明，在板式蒸发冷凝器的总换热量中，喷淋水的对流换热与蒸发过程共同贡献超过80%；相较于传统管式结构，在相同的空气流速下，新型板式蒸发冷凝器的总换热量最大可提升6.19%，同时流动阻力显著降低；在喷淋水量为20 m³/h的工况下，压降仅约为管式结构的70.8%，体现出其在强化传热与降低功耗方面的综合优势；此外，适当提高空气流速与喷淋水量均可增强传热效果。研究为板式蒸发冷凝器的优化设计提供了重要的理论依据与数据支持。

针对含颗粒冷却水对U型换热管的冲蚀磨损问题，基于ANSYS Fluent建立了固液两相流冲蚀模型，通过正交试验与单因素分析法，系统研究了入口流速、颗粒直径、颗粒浓度和管径对管壁冲蚀特性的影响规律。结果表明，入口流速影响最为显著，最大冲蚀速率随流速呈二次函数增长，当流速由1 m/s增至5 m/s时，最大冲蚀位置从θ_u=30°向θ_u=180°附近迁移，5 m/s时寿命仅3.08年；颗粒直径从0.1 mm增至0.5 mm时，冲蚀率提升321%，寿命降至17.18年；颗粒浓度从0.01%升至0.03%时，冲蚀率上升246%；增大管径可分散冲蚀区域，降低冲蚀率，延长换热器寿命；通过控制流速与优化管径可显著延长U型换热管的使用寿命。研究为换热器优化设计提供了参考。

为了提升微通道滑油冷却器设计准确度，以翼型微通道滑油冷却器为研究对象，开展滑油在翼型通道印刷电路板式换热器（PCHE）中的流动换热数值计算和试验研究，重点研究了滑油入口温度和流速对换热器流阻和换热性能的影响，并拟合滑油在翼型通道中的Nu和f的准则关联式。结果表明，数值计算结果和试验结果的最大误差控制在20%以内，表明数值计算模型可靠；流速是影响热侧Nu_h的关键因素，温度影响较弱，在研究工况范围内，流速从0.2 m/s提升到1 m/s，Nu_h增加约78%，而温度升高10 K，对应Nu_h变化仅为0.1~0.2；温度和流速对压降有显著影响，热侧压降与滑油入口流速呈正相关，流速从0.2 m/s提升到1 m/s，压降增加270%~300%；当热侧入口流速恒定时，随着油温升高，热侧压降减小，温度升高10 K，压降降低8 460~48 800 Pa；Nu和f的拟合准则关联式最大误差分别为6.23%和11.68%。研究结果可为微通道滑油冷却器的准确设计提供理论依据。