为揭示混流泵在强诱导空化条件下启动过程中空化结构的瞬态演化机理，在初始进口真空度为-30 kPa的工况下，对混流泵快速启动过程开展针对空化湍流结构的试验研究。采用高速摄影、Voronoi空化结构识别与灰度定量分析等方法，获取1 s启动过程中混流泵叶轮内部空化流场的时空演变特征。结果表明：在1 s快速启动条件下，叶轮内部低压区在短时间内剧烈形成，诱发空化同步激发并迅速发展为大尺度空化云团，呈现集中爆发和剧烈塌缩的瞬变特征；空化云团在极短时间内覆盖多个流道并发生剧烈塌缩，其演化过程经历从初生、增长到塌缩、重构的阶段；灰度分析显示，空化强度在约0.60T时达到峰值，但随着叶轮加速完成而明显减弱。研究成果揭示了混流泵快速启动过程中空化结构的时空组织规律，可为优化泵启停控制策略、减缓瞬态空化冲击，以及改进非稳态空化预测模型提供参考。

针对传统原油处理工艺中重力沉降罐占地面积大、效率低、处理时间长等问题，设计研制了内置锥台电极的立式分离器，采用高频/高压脉冲交流电源，以油出口含水率为分离性能评价指标，开展了内置锥台电极的立式分离器破乳脱水试验，探究了不同分流比、乳化液入口含水率、入口流量，以及电场参数（电压、频率、电场作用时间）对分离性能的影响规律。结果表明，立式分离器存在最优电场参数，在乳化液入口含水率30%、入口流量100 mL/min、分流比0.3条件下，最佳电场作用时间为16.5 min，电场电压为1.85 kV，电场频率为3.2 kHz，对应油出口含水率可达0.79%。不同因素对分离器性能影响程度排序为电场电压>电场频率>电场作用时间。研究结果为原油乳化液脱水用高效立式分离器的研发与推广应用提供参考和指导。

针对高含水采出液预分离效率低、油水分离效果差等问题，基于油滴运动规律与聚结行为的理论分析，设计了一种格栅式聚结构件，以提升油滴上浮速率并强化整体分离性能。通过对比试验，系统评估了无聚结结构件、平行开孔波纹板式、平行蛇板式及格栅式聚结构件在不同操作温度与停留时间条件下的分离性能。结果表明，在入口温度为35 ℃、停留时间为20 min的条件下，安装聚结构件后水相出口含油量降低79%~88.4%，其中，格栅式聚结构件分离器水相出口含油量为174 mg/L，显著优于传统结构件，满足后续水处理要求；随着温度由25 ℃升至35 ℃，各分离器的分离性能均提高，其中，格栅式聚结构件出口含油量的降幅最大（76.8%）；综合分离效果与能耗因素，确定30 ℃为最优操作温度；延长停留时间可进一步提升分离效率，尤其是格栅式聚结构件，其分离效果提升最为显著；连续运行60 min时，水相出口含油量稳定在257 mg/L左右，油相出口含水率维持在29%，整体分离效率高达99.8%，表现出良好的连续运行稳定性。该新型聚结构件能够显著提升高含水采出液的分离效率与稳定性，为油田采出液的高效处理提供了新的技术途径与理论支撑。

针对深埋靶物表层覆盖的土层、砂层等介质的干扰，导致高压水射流靶物探测信号欠佳的问题，提出一种利用高压旋转射流剥离表面土层的方法，以提高后续高压水射流的探测效率。使用标准k-ε湍流模型与VOF多相流模型，研究不同喷嘴类型、加旋元件、喷嘴收缩角度对旋转喷头压力损失特性的影响，并进行不同入射角度和喷距下，旋转喷头破土效率的数值模拟和试验验证。结果表明，喷头内部的最优几何参数组合为：喷嘴类型为圆锥长直线形、加旋元件为单头12 mm螺距、喷嘴收缩角度为30°。在此基础上，当旋转喷头入射角度为60°，喷距为15 cm时，剥离土层的面积最大。研究可为高压旋转射流在大范围特殊靶物探测中的应用提供参考。

针对现有采出压缩空气深度净化技术存在的分离精度低、压降大等问题，提出了一种耦合沉降、湿式捕集及过滤等多种分离机理的压缩空气储能用井口除砂除液一体化装置，并研究处理气量、入口含砂和含液浓度、砂砾粒度对分离性能的影响。结果表明，随着处理气量和入口含砂浓度增大，除砂及除液效率均先升高后降低，压降增大，除砂除液效率最高分别为99.92%，99.96%，压降最小为0.46 kPa；随着入口含液浓度增大，除砂效率先升高后降低，除液效率升高，压降增大，除砂除液效率最高分别为99.90%，99.98%，压降最小为1.03 kPa；装置处理粒径大的砂砾时，除砂和除液效率均更高，压降更小。所有工况下，除液效率高于99.53%，除砂效率高于99.74%，压降低于6.72 kPa；5，10 μm粒径的颗粒分离效率分别高于97.27%，99.01%；操作工况为处理气量165~240 m³/h，含砂浓度0.45~0.9 kg/m³，含液浓度1.3~7 kg/m³，此范围内除砂除液效率较高，压降较小。本文提出的除砂除液一体化装置可有效去除压缩空气内夹带的砂砾及液滴，为压缩空气进入下游设备进行能源转换提供安全保障，同时为废弃油气藏储能压缩空气净化提供技术参考。

针对流体管道输送领域中的湍流高耗能问题，在流场中添加聚丙烯酰胺减阻剂，并结合数值模拟和粒子图像测速（PIV）试验，研究减阻剂对圆管湍流减阻特性的影响规律，揭示减阻特性与流场结构的内在关系。通过对比3种低雷诺数k-ε湍流模型，选择Lam-Bremhorst模型作为数值模拟的湍流模型，其模拟精度高于96.56%。结果表明，加入减阻剂后会使近壁区边界层厚度减薄，显著改善管道流动性能、抑制湍流脉动强度，在流量为5.7~13.7 m³/h下，减阻率达30%~40.9%，管道轴中心流速提升2.97%~2.24%，湍流脉动强度降低3.86%~3.81%，近壁区湍流耗散率下降45.2%~28.6%。分析认为，聚丙烯酰胺分子通过在近壁区产生弹性应力，有效抑制了湍流相干结构与脉动动能，同时使近壁区边界层减薄，改善了速度分布，从而降低流动阻力。研究可为深入理解减阻剂在近壁区的作用机理及管输湍流减阻增效提供理论依据。

针对极地船冰水两相流弯管冲蚀磨损问题，开展了不同相对方向的浮升力-流动耦合冲蚀特性研究。采用欧拉-拉格朗日双向耦合法对船用DN100弯管进行数值模拟，分析了3种流动方向下不同粒径与弯头沿弯曲角度的冲蚀磨损特性（流动方向为三维坐标系X，Y，Z轴方向）。结果表明，不同流动方向下冲蚀热区的空间分布有显著不同，X向时冲蚀强度最强，且在外弧和弯管下侧形成不对称的冲蚀热区，冲蚀强度较低且空间分布较为对称，弯头60°附近为冲蚀最剧烈的区域；随着粒径增大，平均冲蚀率在d_p=0.5 mm处出现谷值，浮升力对颗粒聚集位置和冲蚀不对称性的影响被进一步放大；在工程应用中，应尽量避免X向管道的布置，并在弯头60°处加强防护。研究结果可为极地船舶冰水两相流管道中弯头的布置优化和局部抗冲蚀设计提供参考。

为满足核电气动执行机构轻量化设计要求，通过HyperWorks软件对其支架开展拓扑优化研究。采用基于变密度法的优化方法，以结构重量最小化为目标函数，以设计区域内单元材料密度为设计变量，在位移约束（±0.29 mm）和应力约束（≤248 MPa）条件下求解最佳材料分布，根据求解结果重构支架模型并开展其静力学试验验证和模态验证。结果表明，拓扑优化后支架减重率达24.22%，主要减重区域为支架侧壁；支架在X，Y，Z三个方向的最大位移均小于±0.29 mm，且应力较优化前分别降低46.96%，53.58%，58.29%；X，Y，Z方向的谐振频率（123.3，88.3，139.28 Hz）均远高于核电工况要求频率（33 Hz），表明支架具有较好的抗振性能。该轻量化设计方法有效提升了支架的设计效率，降低了其制造成本，可为类似结构的气动执行机构支架优化提供参考。

针对外螺旋槽机械密封在高参数工况下开启力不足与泄漏量过大的问题，建立了端面液膜三维流场计算模型，采用计算流体力学（CFD）和试验相结合的方法，系统研究了结构参数及工况参数对液膜流场特性的耦合影响机理，并对比分析了单螺旋槽与衍生阶梯螺旋槽在开启力和泄漏量方面的性能差异。研究结果表明，槽深对密封性能存在显著非单调影响，当槽深15 μm、螺旋角18°、槽径比0.5时，液膜综合性能较优；开启力与泄漏量随介质压力和转速的升高呈近似线性增长，其中，介质压力对开启力的作用更为明显。相比单螺旋槽，衍生阶梯螺旋槽利用台阶形成的次级压力峰值，有效增强了流体动压效应。在高压5.5 MPa工况下，三阶梯槽开启力较单螺旋槽提升了8.03%，展现出更优的承载能力；在13 000 r/min高转速工况下，其泄漏量降低约6.3%。该阶梯结构在高参数工况下兼具高承载与低泄漏优势，可为高性能机械密封结构的优化设计提供理论依据与数据支持。

为解决双离心蜗旋换向风机系统存在的风量不足与音质异常问题，基于单因素分析法，探究叶型、蜗舌结构及集流器形式对风机系统气动性能的影响规律，并开展空调蜗旋换向离心风机的结构优化设计，以获得综合性能最优的风机结构方案。采用正交试验，明确蜗舌倾斜角度、防涡圈高度与导流圈出口直径等结构参数对优化后风机性能的影响权重。结果表明：各参数对风量的影响权重大小依次为导流圈出口直径>蜗舌倾斜角度>防涡圈高度；对音质的影响权重大小依次为蜗舌倾斜角度>导流圈出口直径>防涡圈高度。综合考虑风量与音质指标，优选方案的风量达1 223 m³/h，较原方案提升约5%，噪声峰值降低约5 dB。研究可为空调蜗旋换向离心风机的设计提供参考。