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。

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。

通过搭建低温吸附储氢系统实验平台，研究系统级的低温吸附储氢规律，探究低温吸附储氢的动力学、热力学特性及整个系统的储氢性能。实验结果表明：在液氮温区条件下，吸附材料表现出优异的储氢能力，吸附材料在充气压力为5 MPa，最终压力为3.04 MPa的工况下，系统的吸附质量比达到5.02%，总储氢密度达到16.63 kg/m³，表明系统具有较好的储氢容量。通过实验研究，进一步揭示了影响储氢性能的关键因素，主要包括吸附材料的微观结构特性、吸附过程中的热力学效应以及实验操作条件等，为优化储氢系统性能提供了重要的实验依据。

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。

低温储氢系统中，不同正-仲氢催化转化放热量的精确计算方法对储氢系统负荷的确定至关重要。通过建立相应的转化模型，分别应用平滑样条曲线拟合实验数据和能量衡算的方法，推导了绝热转化多级转化器放热量的计算方法以及连续转化的转化热表达式，并分析了绝热、等温及连续转化方式的放热特性，结果表明连续转化的转化热最小，等温转化最大，而绝热转化介于两者之间，且与转化级数相关。针对连续转化的隐式微分表达式提出一种编程求解的具体方法和步骤。2种方法的计算结果一致，最大偏差仅为0.22%，表明提出的计算方法是有效和准确的。

机械蒸汽压缩（MVC）系统是一种将低温余热资源进行回收再利用，可达到节能、减碳目的的一种节能技术。压缩机作为MVC系统中的核心设备，其性能的优劣直接影响系统的整体性能。主要对水蒸气压缩机的热力学性能及结构性能进行综述，提出相关优化建议及改进思路，为后续对水蒸气压缩机性能的优化提供一定的参考与帮助。

R1270和R290均是氟利昂等传统工质的潜在替代工质。实验研究了名义工况下工质充注量对分别使用R1270和R290的热泵热水器系统性能和冷凝器中换热流体温度分布的影响以及自然工质替代R22的可行性。结果表明：充注量对两系统的循环性能和换热流体的温度分布均有显著影响；R1270系统和R290系统均在相同的最佳充注量（0.90 kg）下分别获得最大COP为4.443和4.317；不同充注量下两系统的冷凝器中均出现2个传热窄点和2个最大传热温差，且其第一传热窄点和第二最大传热温差的出现位置均随充注量的变化而出现相似的迁移；相比于R22系统，R1270系统和R290系统在最佳充注量下均获得明显占优的COP和排气温度以及基本相当的排气压力，且其制热量分别提升了7.05%和降低了10.65%，因此R1270比R290在热泵热水器中替代R22时优势更显著。

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。