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。

      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。

      课题组在颗粒流及传热方面进行了数值模型开发及仿真研究，已经开发出基于浸没边界法-离散元法(IBM-DEM)的颗粒流数值模型。模型中，基于浸没边界法求解流-固之间的动量交换，基于离散元软球碰撞模型求解固体之间的相互作用力，采用界面各向异性热通量模型求解界面处的热量传递。基于该模型探究了表面结构对强制对流条件下颗粒流的流动和传热特性，并从热传导和热对流的贡献值的角度分析了表面结构与颗粒的协同传热影响。