针对当前刮削式制冰机相关研究中，核心运行参数（尤其是循环水流量）与制冰性能的量化关联及影响机制探究不足、系统过冷现象缺乏深入验证且工程应用指导欠缺的问题，提出了连续型壁面刮削式制冰系统，并针对该系统在6.2，9.2，12.2 m³/h三种不同循环水流量工况下，分别测量系统的制冰速率、冰浆发生器循环水进出口温度及其外表面制冷剂温度，探究循环水流量对制冰性能的影响规律。结果表明，随着循环水流量从12.2 m³/h递减至6.2 m³/h，系统稳定平均制冰速率从1.88 kg/min逐渐提升至2.03 kg/min，且降低循环水流量还能减少系统总制冰时长、降低设备能耗并提高系统能效系数；此外，循环冷却水进入蒸发器后温度低于0 ℃，处于过冷亚稳定状态，受到扰动后会出现成核结晶现象，当循环水进口温度降至0 ℃后，出口温度因结晶释热略高于进口温度。本研究明确了循环水流量对刮削式制冰系统性能的调控作用，为工程实践中循环水泵的优化配置及系统能耗降低提供了科学依据。

针对高压闸阀内漏威胁设备安全运行和影响系统能效优化等问题，开展内漏定量检测与状态诊断研究。通过搭建高压闸阀内漏试验平台，采用超声检测技术，进行液/气两类介质、入口压力10~70 MPa、缺陷尺寸0.1~0.3 mm、阀门通径DN65~DN130等多种组合工况下的内漏试验。结果表明，入口压力与缺陷尺寸增大时，液/气闸阀内漏流量与超声信号均呈上升趋势；阀门通径增大时，二者整体下降，这一现象主要受壁厚影响。相同条件下，气体内漏流量约为液体的10~431倍。气体超声信号整体强于液体，信号幅度约为液体的1.4~3.2倍；液/气闸阀内漏时，出口超声信号普遍强于入口，平均差值维持在7.2 dBμV RMS。基于高斯过程回归（GPR）方法，以Matern 5/2为核函数（长度尺度为1，信号方差为0.707 1），构建内漏流量预测模型，其预测精度达到93.55%。研究所得规律与模型具有较好的普适性，可为不同工况下高压闸阀内漏的定量评估与运行状态诊断，提供可靠的应用依据和理论支撑。

针对含湿天然气长输管道内的积液问题，提出一种可清管式气液分离器。该分离器在管道适当区位加装“周向均布条缝+阶梯套筒式分离腔”排液结构，保障管线安全运行。采用VOF多相流模型建立流场数值模拟方法，分析关键排液结构参数对内部流场及分离性能的影响，筛选参数组合并开展分离性能试验验证。结果表明，当阶梯套筒直径D₂，D₃分别从80，100 mm增加至100，125 mm时，分离效率提高18%；当排液条缝开缝位置L₁从20 mm增加至80 mm时，分离效率降低2.7%；当排液条缝长度L₂从85 mm增加至115 mm时，分离效率提高9%；当排液条缝宽度L₃从4 mm增加至12 mm时，分离效率提高51.6%；确定各结构最优参数组合为D₂=80 mm，D₃=125 mm，L₁=35 mm，L₂=105 mm，L₃=10 mm，此时分离效率可达97.6%；室内试验表明，体积含液率升高至4%时，分离效率约为95%；表观气速增加至10 m/s时，分离效率保持在92%以上，两者效率差值小于4%。研究结果可为可清管式气液分离器的工程样机开发与推广应用提供理论依据。

受限湍流中复杂形状异物运动轨迹与受力特性的定量预测是评估工业管道系统安全风险的关键挑战之一。针对现有CFD软件在计算复杂运动边界时，网格重构效率低下和难以精确解析瞬态碰撞过程的不足，创新性提出一种耦合浸没边界法（IBM）与离散元法（DEM）数值计算方法，开发含球状异物的某变径管道流体流动模型，结合自适应SST k-ω湍流模型与DEM接触理论，实现流体-异物-管壁的多物理场双向耦合求解。搭建流体动力学试验测试台，采集球状异物在变径管内的悬浮高度，试验值与数值解平均误差小于10%，验证开发的数值模型的可靠性。同时，研究块状异物在同一变径管内的动态流动行为，与球状异物相比，其运动轨迹和流场特性存在显著差异。研究结果可为深入理解异物流动路径及潜在风险评估提供数值计算基础。

针对双燃料动力船FGSS核心设备高压气化器在运行过程中热侧出现结冰的问题，建立高压气化器双通道三维数值模型，对超临界LNG/乙二醇水溶液流动换热过程进行了数值模拟，参数化分析了冷侧（超临界LNG）/热侧（50%乙二醇水溶液）入口温度、流量对热侧结冰的影响。结果表明，冷热板片1∶1交替布置时，热侧出口区域特别是通道拐角处易出现结冰现象，结冰段Nu降低，流阻增加16%；热侧入口流速降低（由3.0 m/s降至0.5 m/s）、温度下降（由328 K降至308 K），以及冷侧入口流速增大（由0.5 m/s升至2.5 m/s）、温度降低（由130 K降至110 K），均会增加冰层厚度，当冷侧流速大于热侧流速时，结冰严重，出口冰层占通道截面最大达到81.6%，显著加剧换热器冻堵风险。研究建立的多参数耦合作用下结冰行为的定量分析模型，为LNG高压气化器的防冻结构优化设计提供了理论依据。

为研究级间传播耦合现象和导叶时序安装位置对多级离心泵内压力脉动的影响，以一台多级离心泵为模型，在泵内设置监测点，对离心泵在不同导叶安装时序位置内部非定常流动进行数值计算，数值模拟结果经试验验证具有良好的可靠性；同时对比各监测点的压力脉动幅值，获得了压力脉动信号的级间传播规律，以及导叶不同时序位置对泵内压力脉动的影响。结果表明，压力脉动信号存在明显级间传播现象，首级流道内的压力脉动信号传播至次级流道内，与次级流道内的压力脉动信号复杂耦合，低频脉动信号在多级离心泵流道内具有较强的传播能力，导致低频脉动强度呈现出逐级叠加的特性；改变导叶时序相位，能促使级间动静干涉产生的压力脉动相互抵消，脉动信号的波峰与波谷相互结合，从而有效减弱了级间动静干涉的强度，使低频信号明显下降，除导叶出口处外，其余监测点时域平均降幅约50%，最优处时域降幅达60.7%。研究可为多级离心泵设计和运行提供理论指导。

针对高温热泵在宽温升条件下性能受限的问题，提出利用70 ℃工业余热高效制取140 ℃蒸汽的热泵循环方案。在蒸发温度60 ℃、冷凝温度145 ℃的典型工况下，选取R1233zd（E），R1336mzz（Z），R1234ze（Z）及R245fa四种高温工质，对比分析其在准二级压缩热泵循环中的适应性，研究中间压力、过冷度、过热度及工况波动对系统性能系数（COP）的影响规律。进一步构建复叠式压缩热泵系统模型，以中间温度对COP的影响为例，对比复叠式压缩热泵与准二级压缩热泵。结果表明，在准二级压缩热泵循环中，最优中间压力约为几何平均压力的1.2倍，且最小过热度受工况影响明显；在复叠式压缩热泵系统中，采用R1233zd（E）作为高、低温级工质时系统性能最优，在中间换热温差为5 ℃时，其COP较准二级压缩系统提升约12%；R1233zd（E）在本研究工况下展现出显著的综合性能优势。研究可为准二级与复叠式高温热泵系统的优化设计，以及环保高效工质的筛选提供理论依据。

为解决现有搅拌反应釜磁流体密封轴径过大，导致安装受限、散热能力不足，以及机器运行时离心力作用下轴向摆动引发的密封泄漏等问题，设计了一款结构紧凑的搅拌反应釜端面磁流体密封装置。建立考虑离心力作用下的磁流体密封耐压计算模型，通过有限元数值法探究密封间隙、齿宽、齿高、槽宽等设计参数对密封特性的影响规律，并采用正交试验法进行优化。结果表明，密封耐压值随密封间隙的增大呈递减趋势，随齿宽的增加先上升后趋于平稳，随齿高和槽宽的增大均表现为先增大后减小的变化特征；基于参数对密封性能的影响规律，确定在正交试验中各结构参数的取值范围：密封间隙L_g=0.1~0.5 mm，齿宽L_t=0.5~0.9 mm，齿高L_h=1.3~1.7 mm，槽宽L_s=1.0~1.4 mm；各参数对密封性能的影响程度从大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、齿高；经优化得到的磁流体密封结构参数为L_g=0.1 mm，L_t=0.7 mm，L_h=1.7 mm，L_s=1.1 mm，该参数下密封耐压值达0.39 MPa，显著高于实际工况所需的0.25 MPa。研究可为特殊工况下密封装置的安装难题提供解决思路，拓展了磁流体密封技术在反应釜密封领域的应用场景。

为提升隧道灌注桩施工中排土时的固相颗粒分离收集能力，开展旋风分离器优化研究。基于计算流体动力学（CFD）对旋风分离器关键结构参数进行模拟优化，系统分析排气口直径、排气管插入深度及排尘口直径对分离效率与压降的影响。结果表明，排气口直径为200 mm时，分离效率最大为87.0%，过小或过大会诱发流场扰动或短接效应；排气管插入深度为400 mm时，分离效率峰值为87.7%，过深导致排尘口返混；排尘口直径为250 mm时，分离效率最高达88.3%，过大会削弱离心力场。据此开展结构优化，现场验证表明，优化结构可实现88.23%的细小土壤颗粒分离效率，与模拟结果吻合良好，优化方案可行，满足工程中对固相颗粒有效收集需求。研究可为旋风分离器的优化设计提供参考。

为探明叶片出口角对离心泵内部流动及能量损失的影响机制，以叶片出口角分别为20°，23°，26°，29°，32°共5种叶轮为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方法，开展离心泵水力性能、能量损失及压力脉动研究，旨在揭示不同叶片出口角下离心泵的内部流动特征与压力脉动间内在关联。结果表明，在设计流量Q_d=1.5 m³/h下，随叶片出口角增大，扬程和轴功率上升，效率由69.71%降至69.38%；熵产大于20 kW/（K⋅m³）的高能量损失区域主要集中在叶轮进出口、叶片背压面及蜗壳隔舌处，且叶轮尾迹区能量损失随出口角增大而加剧；压力脉动主频与轴频基本一致，在0.95R₀处脉动最大降幅为16.45%，而在0.4R₀处最大增幅为16.98%。综合熵产与振动特性，提出最优叶片出口角范围为23°~26°，该区间内能量耗散与压力脉动均较低。研究可为离心泵叶轮的水力设计提供理论参考。

针对干气密封全寿命退化状态监测困难、振动信号研究不充分等问题，提出一种基于振动加速度信号的干气密封状态监测方法。通过动力学分析与COMSOL仿真，揭示动压槽深度减小导致密封性能退化的机理。搭建干气密封试验台，采集不同转速（1 000~2 500 r/min）、压力（0.15~0.25 MPa）及动压槽深度（8，6，4，2 μm）下的振动加速度数据，模拟全寿命退化过程，并建立基于支持向量数据描述（SVDD）的状态监测模型。该模型以健康数据训练超球参数，实现对退化数据的在线检测。结果表明：动压槽深度为2 μm时的轴向振动加速度有效值较8 μm时显著增大；在一定参数范围内，轴向振动加速度有效值与转速呈正相关，与压力及动压槽深度呈负相关；SVDD模型可在早期（槽深6 μm）识别退化趋势，实现失效预警。研究可为干气密封的智能监测与健康管理提供技术支撑。

针对工业管道中常见的冲蚀减薄穿孔破坏失效问题，开展了基于POD-Kriging降阶模型的三通变径管道冲蚀损伤快速预测仿真研究。研究发现，所构建的降阶模型使数值仿真计算效率提升3个数量级，冲蚀预测精度误差控制在4%左右；规律选取设计点可显著提升预测稳定性，冲蚀速率相对平均绝对误差（RMAE）为2.1%，而不规则设计点会导致误差升至86.6%；模态数优化对复杂冲蚀特征提取至关重要，9个模态时误差降至4.1%；设计点数量需与模态数协同匹配，同步增加时可有效捕捉多参数耦合效应，使冲蚀速率预测误差从28.3%降至4.1%。该模型为压力管道冲蚀部位预测、数字检测监测和损伤防控提供重要支撑。

针对某沿海城市管网取水系统中水平中开式多级泵的振动超限问题，采用LMS测试分析系统开展了振动速度测试与频谱特征分析。结果显示，泵非驱动端竖直方向振动速度峰值达13.8 mm/s，远超GB/T 29531—2013标准规定的限值，设备运行安全性与稳定性面临严峻挑战。为精准定位故障根源，基于失效模式与影响分析（FMEA）方法对潜在故障进行量化风险评估；通过故障模式识别、风险优先级（RPN）计算及关键故障因子筛选，确定泵轴不对中、叶轮-壳体动静干涉为导致振动超标的核心原因，并据此提出并实施了泵轴高精度对中校正、叶轮水力轮廓优化及间隙匹配调整等改进方案。改进后，泵体振动主频实现有效迁移，非驱动端水平与竖直方向主频幅值分别降低52.6%和51.5%，振动烈度满足GB/T 29531—2013标准中Ⅱ类设备的运行要求，设备运行状态显著改善。研究为流体机械装备振动故障的精准诊断与高效治理提供了参考，对保障城市管网取水系统的可靠运行具有重要的工程应用价值。