自2007年起，课题组开始从事内燃机沸腾相变传热的研究工作。从单相流和两相流的角度出发，分别构建了几种计算内燃机过冷流动沸腾传热的框架，相应地提出了一系列模型。比如利用支持向量机(SVM，Support Vector Machine)，提出了基于VOF方法的相间质量传递时间松弛因子的预测方法，建立了适用于内燃机工况的沸腾传热模型。搭建了内燃机气缸盖水腔内沸腾换热可视化实验平台，利用内窥镜式高速摄影系统，探明了缸盖冷却水腔内汽泡行为特征及温度场云图分布。相关研究已发表SCI论文4篇，申请发明专利3项。

      课题组研究了人工结构形貌对沸腾换热的影响，以圆柱形凹坑形貌为例，在矩形冷却通道加热面上均匀布置了若干个圆柱形凹坑，探究了强化沸腾换热规律，并对凹坑形貌的四个关键尺寸(凹坑沿流向的间距a、凹坑横向的间距b、凹坑的直径d和凹坑的深度h)进行了响应面分析，获得了各个参数对加热面热流密度的影响规律。相关研究已发表SCI论文2篇，申请发明专利2项。

       液体冷却系统是保持锂离子电池性能的关键，因为它具有良好的导电性，可以使电池在合适的环境中工作。针对18650锂电池设计了一种新型的双螺旋冷却结构。通过数值模拟，研究了冷却液质量流量（M）、螺旋槽间距（P）和流量直径（D）对冷却性能的影响。对拉丁超立方抽样得到的设计点进行了数值计算。为了减少计算时间，采用了克里格近似模型法。使用非支配排序遗传算法II获得帕累托解，并使用多准则决策（MCDM）算法对最优解集进行排序。此外，课题组 设计了一种新型的蜂窝冷却结构。通过数值模拟，对比圆形、椭圆形、方形、六边形凹坑形状对冷却性能的影响，进而提出一种新型蜂窝状冷却结构，研究蜂窝深度（D）、蜂窝边长（L）和蜂窝壁厚（S）对冷却性能的影响，根据 Box-Benhnken 的中心组合试验得到的试验方案进行数值计算，得到其二次响应回归模型。 

      GDL水管理有利于PEMFC高效和稳定运行，GDL穿孔是燃料电池水管理的一种有效方法。为了研究穿孔 GDL 中液态水的输运过程，建立了不同穿孔直径、穿孔间距和孔的阵列模式的随机重构多孔 GDL 结构，模拟了穿孔 GDL 中水的输运过程。研究发现穿孔孔径对水的输送有较大影响，随着孔径的增大，液体水穿透高度增大，含水饱和度显著增大。穿孔间距过小，使穿孔对液态水的影响范围重叠，降低了输水效率。阵列方法对含水饱和度和液态水突破高度影响不大。上述结果表明，阵列参数对孔内液态水的行为有重要影响，该研究对穿孔GDL内水管理优化具有重要意义。

      为探究穿孔GDL对燃料电池单电池性能的影响，同时提高GDL的输运性能，提出了一种基于三维模型的椭圆孔GDL。研究了不同形状参数对水扩散和输运行为的影响。与传统的GDL相比，椭圆孔的存在大大加快了反应物和产物的流动速度。此外，当深度从100 μm增加到300 μm时，GDL的水质量分数降低，而氧质量分数增加。随着深度的增加，燃料电池的传输性能得到改善。所有形状参数都对平均水质量分数有贡献。当深度为350 μm、半径为350 μm、宽度为200 μm、间距为50 μm时，水质量分数最小。该研究为穿孔GDL的设计提供了理论指导。

       为了促进PEMFC的商业化进程，需要开展低温环境下燃料电池多孔介质内部融冰过程的研究。课题组揭示了温度诱导微纳多孔介质内的相变传热过程，探明了相界面前沿的非均匀性产生和演化机理，提出了冻融率与傅里叶数关联式；而后基于相变传热模型，考虑电化学、相变传热和多相流动等多场耦合作用，揭示了低温环境下微纳多孔介质内多相反应流动机理。