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。

跨季节储热可有效缓解太阳能在冬夏季的供需矛盾。大规模水池蓄热系统需要高效准确的计算模拟以避免投资浪费。研究提出了一个简化的数值分析方法，建立了总体积为11 304 m³的圆柱形地下水池模型用于描述季节性蓄热系统的运行。该模型分别建立水体一维传热模型和土壤二维传热模型，求解水体和土壤温度场，通过水池壁温度边界连接两者以实现对整个系统的模拟。为全方面验证数值仿真模型的正确性，分别在待机工况、充能工况和放能工况进行了验证，结果表明：所开发模型具有较好的准确性和可靠性。在待机工况下，砂箱实验台5个水体分层温度误差均低于10%，中层和中下层水体温度准确性最高，平均绝对误差分别为1.75%和1.24%。在充能工况下，平均相对误差仅为1.57%，平均误差温度为0.44 ℃。在放能工况下，平均相对误差仅为0.46%，平均误差温度为0.24 ℃。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

随着计算机技术发展以及人工智能的应用，电子芯片越发趋向微型化、集成化，导致其单位体积发热量快速增加，从而影响正常运行。针对该问题，设计了一种阵列翅片式多孔微射流热沉，选用热稳定性和电绝缘性好的HFE-7100作为冷却工质，通过数值模拟和实验研究相结合的方法，研究槽式翅片纵宽比、入口过冷度、入口体积流量、射流雷诺数等因素对微射流沸腾传热过程影响。结果表明：优化后纵宽比为0.5的结构在满足芯片冷却要求的同时具有更好的冷却效果。单相对流传热阶段，相同工况下，入口过冷度对换热影响较小，增大体积流量或射流雷诺数可强化对流传热，最大传热系数可达15 724.40 W/（m²·K）。但在射流沸腾阶段，沸腾起始点ONB对应的热流密度随入口过冷度的减小而减小，增大入口体积流量或射流雷诺数会抑制沸腾的发生，从而削弱换热，但相对单相对流传热阶段，传热系数仍提高20.6%。

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。