为解决钻井泵活塞缸套密封副在高速、高压工况下因摩擦阻力过大、温升剧烈导致的密封失效问题，以丁腈橡胶（NBR）活塞与高铬铸铁缸套为对象，设计并制备了不同直径、深度、面积率及排布方式的表面微结构试样。借助摩擦磨损试验机搭建密封副模拟试验平台，系统探究了微结构几何参数对密封副摩擦系数、表面温升及磨损量的影响规律，并结合微观磨损形貌揭示其减阻降温机理。结果表明，当微结构参数为直径100 μm、深度40 μm、面积率4%~5%时，密封副综合性能最优，相较于无织构试样，其平均摩擦系数降低约50%，表面温升降低62.5%，活塞磨损量降低40.7%。该参数下的微结构可通过构建“微油池”实现持续润滑、存储磨屑，以减轻磨粒磨损、分散接触应力并避免局部过热，从而协同提升密封副减阻、降温与抗磨损性能。研究可为钻井泵活塞缸套密封副的表面结构优化提供参考。

为提高热泵烘干机闭式系统热回收器的传热性能，提出一种带凸起结构（圆台形和圆柱形）的热回收器，采用试验结合数值模拟的方法，分析凸起结构形状和凸起排列方式对其传热性能的影响。结果表明，当Re=542~1 692时，热回收器圆台形和圆柱形凸起结构的传热强化倍数（Nu_圆台/Nu_板，Nu_圆柱/Nu_板）分别为1.29~1.42和1.22~1.26，均大于光滑板；圆台形凸起热回收器的综合热性能评价因子（PEC）为1.09~1.15，优于相同Re圆柱形凸起结构的PEC；圆台形凸起热回收器交错排列方式的PEC为1.09~1.15，Re=542~1 490交错排列的PEC均大于分组排列方式，交错排列方式的综合传热性能更优。研究结果可为热泵烘干机热回收器结构优化提供参考。

为研究离心泵在快速瞬变过程中的水力特性并优化其启动策略，以一台比转速为102的船用离心泵为研究对象，开展了多种启动工况下的瞬态试验。基于搭建的同步数据采集系统瞬态水力性能测试平台，在额定转速1 450 r/min和设计流量25 m³/h的条件下，对比分析了5种转速变化曲线与4组启动时间对泵启动瞬态特性的影响。结果表明，在固定启动模式下，冲击扬程随启动时间延长而递减；启动加速度对冲击扬程具有显著影响，在相同启动时间下，指数型启动曲线因末期加速度较低，其冲击扬程最小，4种启动时间对应的值分别为6.923，6.872，6.865，6.836 m。提出扬程过冲率作为评价离心泵启动过程瞬态响应的指标，该参数随时间逐步减小，且变化趋势呈现明显的凹曲线特征，指数型启动模式对应的扬程过冲率始终最低，分别为1.011 8，1.004 7，1.002 7，1.001 3；指数型启动模式可有效抑制扬程冲击，是离心泵较为理想的启动方案。研究可为离心泵启动状态的评估与运行性能优化提供试验依据与参考。

为探索泵喷推进器尾部喷流的非稳态流动特征及演变机制，基于DES模型数值模拟结果，利用动态模态分解方法对不同巡航状态下的泵喷尾部喷流流场进行分解及重构研究。通过对比数值模拟与试验数据，发现推力性能平均误差为6.6%，验证了模型的有效性。结果表明，泵喷尾部喷流流场可以分解为能量与频率不同的流动特征，前5阶模态占总能量比例超过99.9%，频率为零的基本模态代表了非定常流场的稳态结构，反映出不同航速和转子转速下泵喷推进尾流场的稳态流场特征，其他主要模态揭示了尾流中高能流体团的发展过程对尾流流束的影响；通过动态模态分解方法能够有效实现高维多尺度流场的低维近似，重构误差分别为4.5%（低航速）、5.3%（中航速）和4.4%（高航速），反映复杂流场的非定常特性；随着航速增加，能量越来越集中于少数主要模态，1阶模态占总能量比例逐渐递增，低航速约95.2%，中航速约97.6%，高航速约98.9%；模态系数周期增加，流场稳定性增强，1阶模态尾流流束波动减小，速度变化更加均匀。研究可为泵喷推进器的结构优化设计、尾流场稳定性控制提供理论依据。

针对石油开采、加工和集输过程中产生的含油污泥有效处理与利用的难题，开展湍动流场分布特征、含油污泥颗粒运动和分布行为研究，构建DN50轴流式水力旋流器模型并进行试验验证。采用Eulerian多相流与RSM湍流模型，探究旋流场下含油污泥的湍动脱附机制。结果表明，在研究范围内（流量2~6 m³/h、溢流比2%~20%），最佳操作工况为流量4.5 m³/h、溢流比10%，此时，原油回收率和污泥减排率分别达到96.72%和99.27%；在含油污泥处理过程中，流量变化同时影响着旋流分离过程和含油污泥的脱附过程；溢流比对旋流分离过程的影响明显大于含油污泥的脱附过程；旋流场的湍流作用能够实现含油污泥的高效脱附。研究为“强湍动脱附+强旋流分离”两级旋流组合工艺的工业应用提供参考。

针对空间严苛限制下某设备冷却用高速离心泵扬程、效率偏低等问题，开展空化特性分析与诱导轮包角优化研究，通过试验测试与仿真计算结果的对比验证该泵数值分析结果的可靠性。基于汽蚀基本方程、汽蚀比转速与吸入比转速方法，初步计算泵的必需汽蚀余量NPSH_r，并结合CFD空化流场仿真，明确理论计算结果的准确性和空化发生的临界条件。基于此，设计诱导轮，系统研究包角（100°~200°）对诱导轮及整泵性能的影响。结果表明，诱导轮包角显著影响自身与整泵的扬程和效率，包角为140°时，诱导轮自身效率最佳且提供11.86 m的扬程，可满足抗汽蚀需求；装配该诱导轮得到优化后的整泵扬程提升至71.29 m，效率达81.76%，相比优化前分别提升了4.47%，5.44%；优化后汽蚀临界点左移，NPSH_a增至21.37 m，增幅约1.25倍，系统抗汽蚀能力显著增强，扬程与效率均满足设计要求。研究可为高速离心泵在轻量化约束下的高性能设计提供理论依据与工程参考。

为提高螺旋管分离器的分离性能，研发了一种以螺旋管组作为进料通道的新型两级旋流分离器。采用正交试验对设备的结构参数进行优化设计，确定最优结构：螺旋管圈数为1圈，曲率半径与筒体半径之比为0.76，螺旋管出口位于分离器柱锥分界面以下1倍管径处。通过数值模拟方法对比优化前后的分离性能，并对优化后结构开展验证性试验。结果表明：优化后设备内部中心区域压力分布更加均匀，负压区域大幅收缩，压力损失降低；旋流速度提高，离心力增强，促使颗粒向壁面移动，从而强化液固分离；以径向位置r/R=0.5为界，靠近壁面侧的固相相含率均值提升了5.1%，分离器中心区域的相含率均值下降了28%；固相颗粒在旋流器内部的停留时间缩短，从溢流口逃逸的颗粒数量减少。螺旋管结构参数的优化增强了二级旋流区壁面附近的流动，同时降低了对中心流体的扰动，有利于两级旋流分离器内的液固分离过程。研究可为两级旋流分离器的工程设计与应用提供参考。

针对离心泵传统测试系统精度有限、成本高、实时性差等问题，设计一种基于西门子S7-1500 PLC和.NET平台的自动测试系统，采用高精度传感器和PID闭环控制，系统突破传统商业组态软件的中间件限制，底层采用基于TCP/IP的异步Socket机制与PLC直接进行轻量化数据交互，实现≤50 ms的通信延迟。以1台额定转速894 r/min，额定流量1 090 m³/h，额定功率221 kW的离心泵为例，对系统进行试验验证。结果表明，系统所有关键性能参数的测量不确定度均满足GB/T 3216—2016中1级精度，流量、扬程、功率、转速、效率的测量不确定度分别为±1.06%，±1.20%，±0.91%，±0.19%，±1.79%，均优于其对应容许限值（±2.0%，±1.5%，±1.5%，±0.5%，±2.9%）；利用.NET开源生态和模块化设计，显著降低开发维护成本，并通过依赖注入（DI）解耦设计，为后期原生集成ML.NET机器学习算法等智能化扩展提供了底层架构支持；该系统兼具高精度、低延迟、低成本、操作简便和强扩展性优点。研究可为工业泵的高精度、低成本自动化测试，提供可靠的一体化解决方案。

针对核电上充泵小流量工况易出现驼峰特性、运行稳定性不足等问题，结合数值模拟与试验的方法，研究了平衡水流道对上充泵外特性与内部流动的影响，并通过改进叶轮参数实现内部流动优化。单级模型试验及数值分析表明，平衡鼓泄漏量仅为设计流量的3%~6%，其对扬程计算结果影响微小，不会改变驼峰特性的定性预测，因此性能优化可采用不含平衡水流道的简化数值模型。通过测试不同叶片倾斜角（θ=0°，3°，4°，5°）在小流量驼峰区的表现，证实叶片倾斜方法是抑制驼峰的有效措施：当倾斜角达到5°时，泵在整个运行流量范围内的驼峰现象完全消除。综合采用渐缩式流道设计和叶片向压力面倾斜5°的优化方案，成功抑制了小流量工况下上充泵的驼峰现象，有效优化了叶轮内部的流动结构，减弱了低速区与涡流的产生，提升了抗空化能力和运行稳定性。研究可为核电用上充泵优化设计提供参考。

针对传统压缩式制冷技术在体积、能效及运行可靠性方面的不足，热电制冷技术因其高效性、环保性和高可靠性而受到广泛关注。本文综述了热电制冷技术的最新研究进展，重点讨论了热电材料、热电冷却数值建模方法及其应用场景的研究现状。首先，介绍了热电材料的发展历程，总结了已取得的主要成就；其次，为提高热电冷却系统性能，对比分析了热电元件与热电制冷器不同维度的模型，结果表明三维模型能更全面地描述热电模块实际运行过程中的微观机理；最后，从电子冷却、医疗设备和汽车空调等方面概括了热电制冷的应用现状，并指出其未来发展的关键在于提升热电材料的本征性能、优化热电器件的热端散热路径以及进一步提高系统制冷系统系数COP，从而实现材料-器件-系统的协同设计。研究可为热电冷却系统的设计优化及工程应用提供理论参考。

针对采用流固耦合CFD仿真计算研究蒸发气低温特性对螺杆压缩机效率影响时，存在时间成本过高的问题，本文通过Matlab编程工具建立螺杆压缩机数值计算模型，利用PDE工具箱计算螺杆转子的温度分布与温度变形，将转子变形产生的新间隙代入数值模型，得到考虑转子变形后的压缩机效率，该过程计算用时仅约为CFD计算的1/100，极大降低了时间成本。将模型计算结果与经试验验证的CFD模型结果进行对比，容积效率和绝热效率误差均不超过3%；同时搭建低温进气试验台，测量不同进气温度下的容积效率，测量数据与数值计算结果最大误差不超过5%，验证了模型的可靠性。据此分析了不同转速对压缩机性能的影响，结果表明，转速从4 000 r/min提升至10 000 r/min时，容积效率从55.1%升高至73.2%；绝热效率随转速呈先增后减的趋势，在转速为8 000 r/min时达到最大值62.2%。该模型可快速准确预测不同工况下蒸发气螺杆压缩机的性能，为高转速螺杆压缩机的效率设计与优化提供参考。

针对鼓风机蜗壳的系列化开发中，因设计流程单一和软件功能局限，导致重复设计、成本高昂和优化困难的问题，采用可调节隔板实现蜗壳系列化结构设计。通过优化隔板的宽度和高度，适应不同蜗壳的流道截面要求，实现鼓风机机组最大化共用蜗壳零部件。结合CFD计算和流场分析，确保系列化产品的性能品质和工况适应性，并通过试验验证数值模拟的可靠性。结果表明，采用可调节隔板进行蜗壳系列化设计时，隔板高度D₄/D₂的较优范围为1.65~1.72；隔板宽度大于5 mm时，通过优化其结构可提升系列化蜗壳的流场性能；采用系列化蜗壳结构的鼓风机机组具有宽工况适用范围，各机组的相对多变效率均高于82.5%，总压比大于1.8，并在污水处理节能工程中得到良好应用。研究可为鼓风机蜗壳系列化设计提供参考。

针对风电机组变桨控制中由扰动与参数变化引起的功率波动问题，提出一种基于改进遗传算法与预测控制融合（PID+ImGA+MPC）的桨距角控制策略。该方法引入柯西-均匀分布混合交叉与自适应变异机制，以增强全局搜索能力，并结合ARIMA风速预测与模型预测控制，实现桨距角的前馈调节。通过将改进遗传算法、ARIMA风速预测与MPC深度融合，形成“预测-优化-前馈”一体化的变桨控制框架，弥补了现有策略中预测信息利用不足、参数整定依赖离线优化的缺陷。基于Bladed的变桨控制系统智能加载试验台进行硬件在环验证。结果表明，仿真与实测结果的误差控制在±3%以内，验证了该策略的工程可行性与实时性能。在1.5 mW双馈风电机组模型上的仿真中，阶跃风工况下，所提策略将功率超调量由4.025%降低至0.69%，稳定时间由3.66 s缩短至2.2 s；湍流风工况下，输出功率标准差较传统PID降低12.40%。该研究可为高风电渗透率下风电机组的稳定控制提供理论依据与工程参考。