对能量系统中的传热学研究一直以来得到了人们的广泛关注。本文研究了三个不同的能量系统，包括:翻转系统、热整流器和一个三个模块组成的组合系统中的热输运问题。 在对翻转系统的研究之中，我们设计了一个在两个热库之间转换的一维系统，研究了其瞬时性质。并得到以下三个结论:(1)有效热导率κ和有效热容cv可以从材料本身的固有值变化到几十至几百个数量级;(2)定义了一个新的量，非线性温差(NTB)，即系统达到准稳态之后的平均温度，它是衡量加热过程中进入系统的能量多少的关键参数;(3)从理论上提出了一种可用于海洋的简易模型。并分别使用多物理场耦合分析软件COMSOL仿真以及非平衡态分子动力学模拟论证了我们的结果。 在对热整流器件的研究之中，我们发现并从理论上证明了非线性热整流器的最大整流比。对于热导率(κ)与温度成线性相关的热整流器，其最大整流比为3;对于热导率与温度成非线性相关的热整流器，其最大整流比为该固体材料在合理温度范围内最大热导率与最小热导率的比值，即κmax/κmin;我们还在理论上给出了具有高热整流比的人工合成材料。并用数值仿真、实验以及非平衡态分子动力学模拟证明了我们的结论。 最后，我们将光伏电池(PV)、电子隧穿(ET)和热电模块(TE)相结合，形成一个新的组合系统，探讨了该新型结构的瞬态性质。在此过程中我们综合考虑了阳极材料电子热化后的统计分布，隧穿电子的运动，两极材料之间的不可逆能流交换，热电材料中的塞贝克效应、焦耳热、瞬态热传导，以及耦合系统底部与空气的热对流。最终结合粒子流守恒，能流细致平衡条件，通过改进的Newton-Raphson方法以及松弛法解出高阶非线性方程组，获得了该系统的转化效率。我们发现此组合系统效率高于其他两个模块相结合系统的效率。
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