本項目以太陽能高溫熱轉換利用為應用背景，以斜溫層蓄熱單罐設計理念為基礎，采用混合硝酸熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，鋯質蓄熱球與泡沫碳化硅陶瓷兩種代表性的多孔介質填料作為固體蓄熱體，構建了多尺度結構斜溫層混合蓄熱方法及系統。實驗研究了多尺度結構中熔融鹽的流動與蓄熱特性，包括溫度場分布、斜溫層的形成與演化、有效蓄熱容量等，確定流體進口速度、蓄熱溫差等工況參數對熔融鹽在多尺度結構中流動與傳熱性能的影響趨勢與作用規律。研究結果表明，由于斜溫層的存在，三種實驗蓄熱方式中的理論蓄熱效率小于80%；多孔介質填料的加入有利于保持熔融鹽流體為理想的重力流或活塞流，并部分替代價格較高的熔融鹽傳熱蓄熱介質，因而采用類似的球形顆?；蚺菽沾啥嗫捉橘|填料時需要結合系統的蓄熱容量以及經濟性進行最優化設計。 基于多孔介質局部熱平衡理論，建立考慮流體熱物性變化的斜溫層蓄熱數值模型，利用Fluent軟件對熔融鹽斜溫層混合蓄熱與放熱過程進行了數值分析，研究多孔介質物性、孔隙結構以及工況參數等對多尺度結構中熔融鹽傳熱與流動的影響規律，并根據蓄熱實驗測試結果驗證數值計算模型的有效性。結果表明，在蓄熱及放熱過程中，蓄熱單罐內均形成了穩定的斜溫層，并且隨著時間的推移，斜溫層的位置沿熔融鹽流動方向移動，其厚度不斷增加，但增加量逐漸趨緩；采用合理的低流速進行高溫蓄熱可以控制斜溫層的形成及演化，從而提高系統的蓄熱效率。比較數值計算結果與實驗結果可知，其溫度場、斜溫層等特征參數的分布及變化規律是基本一致的，最大相對偏差值為13.9%，說明基于多孔介質局部熱平衡理論建立的計算模型對于描述多尺度結構中熔融鹽流動與傳熱現象是適用的。 探索強化蓄熱過程傳熱傳質機理與方法，優化設計多尺度結構熔融鹽單罐蓄熱系統。設定一種體積熱容（ρcp）高于熔融鹽的球形顆粒填料，在指定工況下對蓄熱過程進行數值模擬。對比分析可知，其蓄熱時間相比于熔融鹽單相流體斜溫層蓄熱方式有較明顯的延長，即提升了系統的有效蓄熱體積容量，估算其增幅約為17%；同時在整個蓄熱過程中，新設定系統的斜溫層厚度與增長速率均低于熔融鹽單相流體斜溫層蓄熱方式。因此，通過對斜溫層混合蓄熱系統的多孔介質填料進行性能提升或者結合熔融鹽復合相變材料蓄熱方式，可以實現對蓄/放熱過程斜溫層的形成及演化進行優化調控，從而提高系統的蓄熱效率，這也為下一步的研究工作指明了努力的方向。

本項目以太陽能高溫熱轉換利用作為基礎研究的應用背景，提煉出開發高溫蓄熱技術所需解決的多尺度結構中多相流體流動行為與耦合傳熱傳質規律的關鍵科學問題，作為研究目標。采用熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，構建多尺度結構斜溫層混合蓄熱方法及系統，研究多尺度結構中傳熱蓄熱介質流動與熱交換規律。以結構尺度、孔隙分布和微弱現象影響區域為重點考慮，確定傳遞現象、各種微弱效應現象與多尺度因素的耦合關系，深入探悉多孔微細結構內多相多物系界面遷移特性，揭示微結構形成、穩定性條件和結構突變對多孔蓄熱材料中熔融鹽輸運過程的影響機理和耦合作用規律，確定多孔蓄熱材料微結構與宏觀輸運特性之間量化關系，發展多孔蓄熱材料微結構可控的設計與制備新技術，探索強化蓄熱過程傳熱傳質機理與方法，實現對高溫蓄熱過程宏觀現象的理論預測以及過程工程設計的一般方法。

本書系統介紹了作者近年來在土石混合體破裂與滲流過程中結構演化的多尺度力學特性方面所取得的學術成果，從結構劣化多尺度工程地質力學角度出發，對土石混合體結構弱化過程中土石相互作用及互饋致災力學響應進行了較為系統的研究。全書共 6 章，主要內容包括：緒論、土石混合體細觀數值試驗研究、土石混合體實時超聲波試驗研究、土石混合體實時 CT 掃描試驗研究、土石混合體滲流特性結構控制機理研究和土石混合體滲流破壞演化特性研究。

由于傳統換熱介質的熱容量和導熱系數較小以及普通換熱設備的換熱效率低下，嚴重影響換熱設備換熱效率的提升。本項目將納米流體與不同強化結構的換熱面相結合應用于光熱轉換、換熱器、電子元件冷卻等領域的換熱設備中，對納米流體與強化傳熱面的耦合傳熱特性及強化機理進行研究。針對光熱轉換的腔體，本項目建立了納米流體流動與傳熱的兩相格子Boltzmann模型，研究了納米顆粒間的相互作用機理和納米顆粒在腔體內的分布規律，揭示了納米顆粒粒徑對流動與傳熱的影響規律，結果發現布朗力的數量級遠遠大于顆粒間其它的作用力，在強化換熱方面起著決定性的作用，納米顆粒主要分布在腔體的上部或者中部，粒徑越小越有利于強化傳熱，這對光熱轉換腔體內傳熱介質及工況的選擇、傳熱機理的解釋及強化傳熱的方向提供了一定的指導意義。針對換熱器，本項目配制了不同種類的納米流體，提出了一種基于紫外分光光度計的穩定性檢測方法-透過比法，該方法是一種定量檢測方法，與定性的沉淀法相比，具有更加準確的優勢。本項目將配制的納米流體與各種強化結構的換熱管相結合，研究了不同結構的強化換熱面、納米顆粒組分對流動與傳熱的影響，發現強化結構與納米流體的結合大大提升了換熱效果，同時也大大增加了其流動阻力。為了能夠客觀、綜合地評價這些強化技術，引入了火用效率，但是傳統的火用效率需要針對每一個物理問題進行模型建立及公式推導，過程繁瑣。本項目提出并建立了一種統一的火用效率評價準則圖，與傳統的火用效率評價相比，本項目的火用效率評價準則圖適用范圍更廣，只要涉及到強化手段，該評價準則均可適用，并且不再需要單獨推導和建模，這對于以后新的強化技術在能的品質上的綜合評價有一定的指導意義。針對電子元件冷卻，本項目研究了不同的強化換熱面與納米流體的結合，結果發現最大納米顆粒組分的冷卻效果不是最好，而是存在一個臨界組分，這對于電子元器件冷卻表面結構的設計、傳熱介質及工況的選擇提供了一定的指導意義。

由于傳統換熱介質的熱容量和導熱系數較小以及普通換熱管道的換熱效率低下，嚴重影響換熱設備換熱效率的提升。本項目將不同顆粒結構的納米流體與強化換熱管相結合應用于換熱設備中，對強化換熱管內納米流體耦合傳熱特性及強化機理進行研究，用于提高換熱設備的換熱效率。研究內容主要包括：將納米顆粒微觀結構的影響引入顆粒間相互作用力模型中，建立更高精度的納米流體顆粒間相互作用力模型；耦合納米顆粒間主要相互作用力和強化換熱管主要結構參數，完成高階復雜湍流模型的降階處理，建立強化換熱管內納米流體湍流流動與傳熱的格子Boltzmann模型；研究納米顆粒間的相互作用機理和納米顆粒的分布規律；揭示納米顆粒間相互作用力與強化換熱管結構的耦合強化換熱機理；分析納米顆粒的微觀結構對納米流體穩定性和湍流流動與傳熱特性的影響，建立傳熱學與動力學特性的評價體系。該項目對于豐富納米流體強化換熱機理的研究、推動其應用有重要意義。