非共沸工质的组分可调型热力循环系统是中低温热能高效转换领域的研究热点和发展方向,其关键热力过程为非共沸工质的组分调节。T形管是近年来提的一种新型工质组分分离装置,它具有结构紧凑、分离效率较高和价格低廉等优点,但T形管内的分离机理尚不明确,因此,借助纳米尺度,从分子相互作用及分布角度对非共沸工质的组分分离调节展开机理研究。首先,非共沸工质物性,包括相平衡性质和输运性质,是流动分离的基础,校验了分子模拟不同力场及方法对物性的预测能力;其次,开展单壁管内非共沸工质流动分离研究,论证纳米管中实现非共沸工质组分分离的可行性,得到影响组分分离的因素;最后,以双壁管为例,探索多壁管内的流动分离现象。这一过程中,双壁管相比于单壁管的振动导热不同,相应的由于振动产生的纳米管对流体分子的作用力也不同,因此,针对双壁管的振动导热特性,开展了材料导热特性相关研究。在非共沸工质物性预测研究中,阐明了对不同种类工质分子力场的选取方法,及基于量子化学计算的力场参数的确定方法,评估了物性预测中影响精度的因素,为纳米管内非共沸工质流动分离的分子模拟研究提供力场及方法选择的指导。进一步地,探索了单壁纳米管内非共沸工质的流动分离。当质量分数为0.5/0.5的液态HFC32/HC600a流入纳米T形管时,研究了无温差驱动和温差驱动下,在撞击和顺流型单壁纳米T形管内的组分分离。结果表明,在温差驱动下,由于两端出口组元的自由能差,以及纳米管振动对不同组元分子的作用力差,非共沸工质发生明显的组分分离,且撞击型管内的分离效果略高于顺流型管,出口处HFC32的质量分数可达89.88%。由于纳米管振动特性影响着非共沸工质的流动分离特性,而多壁管的振动特性与单壁管不同,为了研究多壁纳米T形管内的流动分离机理,开展了多壁纳米管的导热研究,选择影响导热的因素为层间扭转。首先,多层石墨烯随着层间扭转角在0°–30°内增加,面向热导率先减小后增大,在0°时有最大值,在30°时有极大值。同时,以Si和SiC三维材料为研究对象,发现了同频声子共振对材料导热的强化作用。进而,将石墨烯卷曲成纳米管,探讨层间扭转角及内外管材料的影响。选取双壁碳纳米管、双壁氮化硼纳米管、碳纳米管内包裹氮化硼纳米管、氮化硼纳米管内包裹碳纳米管四种结构。结果表明,四种结构中双壁碳纳米有最高的热导率;当外管手性保持不变时,热导率随着内管手性角的增大而单调增大。但在纳米管导热研究中,并未出现明显的同频声子共振强化作用。最后,结合单壁管内的流动分离特性及多壁管的振动导热特性,最后展开多壁T形纳米管内非共沸工质流动分离研究。研究结果表明,在单壁管外加一层纳米管增加了纳米管对流体分子的作用力,流体分子的流动阻力也相应的增加,流向双壁T形纳米管出口分子总数也更少。分析了声子诱导的作用力对流动分离的作用,以及声子作用下管内流体分子的能量。