煤炭资源的清洁高效利用是国民经济更好更快发展的基础,目前,煤多以直接燃烧的方式利用,利用效率低,还会引起严重的污染问题。为此,郭烈锦院士提出煤炭超临界水气化制氢工艺以及H₂O/CO₂混合工质发电多联产的新思路。首先,基于这一工艺,利用超临界水煤气化实验数据,开展了H₂O/CO₂混合工质动力发电循环系统设计。采用凝汽式汽轮机和四级抽汽回热系统,在控制设备成本前提下,减小传热温差,并且在不引入外部污染的同时保证系统吸、放热量平衡,反应产物先氧化后做功,满足运行安全要求,最终实现系统效率43.72%。其次,开展了混合工质凝结温度特性和汽轮机最佳排汽压力研究。结果显示:由于混合工质凝结可近似为等压降温过程,排汽压力确定与环境温度、蒸汽凝结率均有关系。混合工质最佳排汽压力随凝结率增大、环境温度升高而提高。在本文所研究工况中,混合工质最佳排汽压力均不同程度的高于目前蒸汽凝汽式汽轮机的排汽压力,最大可相差40kPa以上。再次,本文建立了单/双组分工质凝结模型并进行准确性验证,模型最大相对误差不超过4%,并开展了纯水蒸汽和H₂O/CO₂混合工质在Laval喷管内凝结流动特性的研究。结果表明:CO₂的存在一方面使初凝位置靠后,最大过冷度增大,出口温度和工质速度降低,影响工质做功能力;另一方面使湿度和液滴尺寸更小,有利于降低湿汽损失。工质中CO₂浓度的增大会造成初凝区后移,出口湿度和液滴半径减小,过冷度、Ma数和速度等参数随之改变。最后,本文对H₂O/CO₂混合工质和纯水蒸汽在静叶栅内的凝结流动进行对比分析。结果显示:二者压力和Ma数的分布基本相同（除初始凝结区外）,混合工质初凝区靠后,最大湿度降低,但CO₂浓度增大带来安全隐患。混合工质在叶栅出口下游平面的平均速度比纯水蒸汽工质低了6%,对工质做功能力、叶片气动设计产生影响,但其平均湿度、液滴平均半径较小,将有利于效率提升和后续动叶栅的运行安全。总而言之,本文针对混合工质凝结流动的研究对混合工质汽轮机设计和强度分析方面具有参考意义。