低温液体燃料运载火箭在飞行过程中常常会遇到纵向不稳定振动，严重威胁火箭的正常运行。这种振动现象具有典型的低频特性，常发生于推进剂管路中低温液氧射流冷凝过程。为了从源头上解决火箭低频振动问题，需要研究射流冷凝振荡特性及冷凝流型转变特征。通过引入高度函数法改进冷凝传质模型，实现相界面曲率分布的动态捕捉，建立了冷凝脉动频率与气液相界面曲率之间的关系，成功获取了9.8~10.6 Hz的低频振荡特性。研究结果表明：推进剂管路内存在3种典型的射流冷凝振荡流型：稳定脉动、气羽振荡、间歇回流。其中，回流和振荡流型压力幅值最高可达130 kPa，而稳定脉动的压力幅值仅为1~3 kPa。通过量纲分析可知，当无量纲结构参数L^*=2.2时，射流冷凝流型转换阈值Jc^*=7.3。当Jc^*>7.3时，则会出现间歇回流振荡流型，此无量纲判据可准确表征低温液氧射流冷凝流型分布，为低温液体燃料火箭的设计提供了理论基础和技术支撑。

结霜现象是阻碍翅片管蒸发器在制冷系统应用的主要不利因素之一。为准确预测霜层生长特性，基于耦合VOF多相流和相变传质速率模型方法，对强制对流条件下三维翅片管表面霜层生长行为进行了数值模拟，模拟得到的霜层厚度与实验结果相比最大差异控制在15%以内，霜层密度的估计值在高达90%的置信区间内，吻合较好。通过搭建翅片管蒸发器表面结霜可视化实验平台，分析了在单因素变化下环境温度、相对湿度及迎面风速对翅片管表面霜层生长特性的影响规律，结果表明：霜层厚度随着进风气流方向从前向后逐渐降低，空气温度越低、迎面风速越大及相对湿度越高，霜层厚度、结霜量及霜层热阻也越大，相对湿度85%下的霜层厚度达到最高，为2.344 mm。根据Morris敏感度分析法得到相对湿度对霜层热阻的影响最大，敏感度系数达到2.41，并使用最小二乘回归方法得到霜层热阻关于不同环境参数下的相关性。

液氢作为一种清洁能源，将在未来清洁能源供应中扮演重要角色。当前国际上的氢气液化装置普遍存在单位能耗和液化成本高以及效率低的问题，而我国氢气低温液化技术和装备的研发刚刚起步，与国际先进水平相比仍存在显著差距。鉴于此，总结了近年来氢气液化技术在流程设计和实际装置方面的研究进展，探讨了稳态流程模拟与动态特性研究的最新技术发展，并分析了不同液化流程的性能指标。同时，分别对氢气液化工厂和小型实验室液化装置的技术特点与设备布局进行了总结。最后，归纳了氢气液化技术的发展重点和未来发展方向，旨在为该技术的进步提供参考，进而推动氢能的社会化应用进程。

为研究液氢管道流动中引发的静电积聚问题，以液氢为实验工质，搭建了低温液氢管流静电积聚测试系统。通过真空绝热、绝缘连接、静电屏蔽等措施，采用泄漏电荷法，实现了低温下液氢流动荷电量的安全、准确测量；分析了雷诺数Re在2×10⁵以下多个流动工况的电荷积聚特征。实验结果表明：电导率极低的液氢在管流过程中存在明显的流动荷电现象，测试中电荷积聚量呈线性增长趋势；在实验所涉及管长和Re范围下，平均电荷密度随速度的增大而降低，但降低速率逐渐减缓；随管径增大，管流平均电荷密度也降低。所搭建的低温液氢管流静电积聚测试系统为开展液氢静电测试提供了重要平台，该研究证明了液氢静电测量方法的可行性，为探明液氢静电规律与安全流速边界提供了设计指导。

氢液化流程中正仲氢转化过程对于液氢的长时间储存与远距离运输具有极其重要的意义。概述了正仲氢的性质差异，综述了正仲氢催化转化过程的物理机制和反应动力学模型的研究进展，对常用催化剂进行了总结和性能对比。最后综述了正仲氢转化的3种主流方案，并对比了各方案的优缺点。物理机制和反应动力学分别从微观和宏观角度对正仲氢转化进行了研究，但由于催化剂表面的实验数据相对匮乏，学者对此尚未形成统一的论述和解释，迫切需要进行定量验证。在正仲氢转化的催化剂选择上，虽然镍基催化剂的催化效率更高，但综合考虑催化剂的制备、活化、失活以及氢液化器的工作特点，铁的氢氧化物及氧化物催化剂是主流的催化剂选择方案。此外，3种主流的正仲氢转化方案中采用连续转化过程的氢液化流程比能耗最低，是未来氢液化流程的发展方向，国内对此研究尚处于起步阶段，存在较大的发展空间。研究可为正仲氢催化转化实验台的设计和搭建等提供理论指导。

为满足空间站高效换热与紧凑轻量化的要求，研发了一种以斯特林制冷机驱动的泡沫铜高效冷凝除湿系统，实验研究了其热质传递特性，实验条件设定为：空气入口温度20~30 ℃、相对湿度50%~80%、冷板温度8~13 ℃，入口风速0.4~1.4 m/s。结果表明：空气入口温度与传热系数、传质系数的增加呈正相关性，当空气入口温度从20 ℃升至30 ℃时，传热系数提高10.5%，传质系数提高57.1%；空气入口相对湿度的变化对传热与传质系数产生了差异化影响，即传热系数随相对湿度的增加而下降，降低了31.6%，反之，传质系数则呈上升趋势，增加了11.4%。值得注意的是，虽然降低冷板温度能够有效提升换热量，但这同时也会导致冷凝水积累从而降低传热传质的效率，因此选取适宜的冷板温度至关重要。换热量与热质传递效率随着入口风速的提升而显著增强，但不断提高风速会导致系统能耗增加，在追求高效换热的同时，也需要权衡系统能耗。基于丰富实验数据，借助回归分析优化了传热模型，理论值与实验值的标准偏差为8.21%，最大偏差为19.76%，表明模型具有较好的预测精度。

为研究航天低温推进系统实际工况中网幕通道式贮箱对液氢的在轨管理能力，通过构建充注率-扰动强度耦合作用的三维多相流仿真模型，研究了微重力重定位过程中网幕通道式贮箱内毛细-惯性力竞争机制及蓄流稳定性。结果表明：网幕通道式贮箱的推进剂蓄流能力主要由集液通道与贮箱壁面的复合结构提供。在5%~50%充注率时，贮箱能够抵抗10^-3 g大小的多向扰动，维持集液通道入口区域始终保持连续液相覆盖的蓄流稳定性；低充注下，重定位过程中气液相分布主要受到网幕通道结构表面的强约束，相界面演化受扰动影响很小，随着充注量增大，流体惯性力和扰动动量输运效应成为相分布重构的重要因素，重定位过程相分布出现明显振荡；贮箱重定位过程中对扰动方向的敏感性不同，底部加速度引起的质心降幅最大，顶部加速度对相对质心高度影响较小，正侧向扰动比斜侧向扰动引起的质心波动幅度和波动频率均更大。

为解决有限封闭空间下现存热管理方案存在难以主动高效地创造低温热沉的问题，提出一种基于平板热管的热电制冷复合热管理系统。建立了复合系统的数值仿真模型，并搭建了平板热管耦合热电制冷热管理系统实验台，实验验证了模型的准确性。结果表明：提出的复合热管理系统利用热电制冷片在有限空间内为整体热管理系统提供低温热沉，并通过耦合平板热管解决了热电制冷片热端高热量积聚现象。在1~12 A工作电流下，热电制冷片性能均远优于基于铝制翅片的热电制冷系统散热，单片制冷片最佳工况下制冷量有效提升38.35%，COP提升14.81%。

针对直冷式制冰机在工业应用中的定量研究较少，存在调控机制不明晰，换热能力和制冰均匀性不足等问题，构建了冰模蒸发器制冷剂侧数学模型并利用MATLAB模拟仿真，对比实验数据和模拟结果，分析了换热和流动参数随流动过程和制冰时间的变化。结果表明：水结冰前换热速率比水结冰后高约30%，且制冷剂流量存在明显差异；过热前后热流密度降低40.9%，减少过热段可以显著增强换热，提高换热均匀性；过热前水侧和冰侧热阻分别占总热阻的93.4%和91.7%，换热优化时应优先提高水侧或冰侧换热。该模拟程序可以预测流量变化情况、模拟过热段长短，为制冰机的设计和运行控制提供了理论依据和实际指导，有助于提高产品性能并加速制冰过程。

采用超长重力热管与热泵相结合进行中深层地热开发用于供暖具有成本低、效率高、不破坏地下水环境等优点，而热泵系统的蒸发器与重力热管冷凝段直接换热可减少换热环节，提高系统的供热效率。鉴于此，研制了U型结构蒸发-冷凝器，并通过搭建热泵与热管相结合的实验平台，研究了蒸发-冷凝器的换热性能，发现当热泵侧工质走管程时其传热系数可达2 037.9 W/（m²·℃）。基于均相流模型，将两相流质量、能量及动量守恒方程与管外冷凝和管内沸腾传热经验公式相结合，建立一维稳态流动蒸发-冷凝器换热计算模型。利用Python编写程序，对比模拟结果与实验数据，发现蒸发-冷凝器换热量平均计算误差为18.91%，证实了计算模型的准确性，为设计高效的蒸发-冷凝器提供了理论计算方法。