环境扫描电子显微镜（ESEM）能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差，采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题，最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题，本文从电子光学理论出发，综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构，将两者结合在一起进行优化设计，提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法，并搭建了实验平台，开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明，在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下，工作距离为15 mm时，20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。

为了提高半圆柱阻流体无阀压电泵的流量，结合锥形腔的流阻不等特性，该文设计了一种半圆柱阻流体锥形腔无阀压电泵，并建立了其流量的理论公式。数值模拟了该泵的泵腔流速分布，对比分析了其与半圆柱阻流体无阀压电泵的阻力特性。模拟结果表明，半圆柱阻流体锥形腔无阀压电泵能实现流体的单向输送，且其输送能力优于半圆柱阻流体无阀压电泵。制作了两种泵的样机并进行了流量和压力差试验。试验结果表明，在驱动电压220 V下，半圆柱阻流体锥形腔无阀压电泵的最高流量和压力差分别为30.96 g/min和394 Pa，与半圆柱阻流体无阀压电泵相比，其流量和压力差均得到提高。

基于真空玻璃的典型结构特征, 分析了大气压差、温差及风载荷作用下真空玻璃的应力分布特征, 给出了最大弯曲拉应力定量计算公式。基于结构抗力设计方法, 分析了长期和短期应力协同作用下真空玻璃的承载性能设计。结果表明, 在给定基片厚度情况下, 随着支撑物间距的增大, 真空玻璃最大弯曲拉应力呈近似线性增长, 在支撑物间距不变情况下, 真空玻璃最大弯曲拉应力随基片厚度增大呈指数式下降趋势。温差引起的最大弯曲拉应力与玻璃基片厚度及长宽尺寸无关, 但与膨胀系数有关, 温差值与其引发的真空玻璃最大弯曲拉应力呈线性关系。相同条件下, 真空玻璃抗风压性能弱于与其等厚度的单片玻璃。在长期和短期应力协同作用下, 宜分别计算不同应力作用时间下真空玻璃的效应设计值进行校核。

本文采用有限体积法建立了交叉型细胞分离模型，提出了一种基于光压差分的细胞筛选仿真方法，分析微流体中细胞筛选的影响因素。基于层流、流体流动粒子追踪、波动光学理论，利用有限元分析法建立了一种交叉型光学颗粒分离模型，研究了利用光压差分技术分离细胞的各种影响因素，其中包括微粒直径，激光功率、温度、光纤直径，分析了微粒在流体中因光辐射压力作用下的偏移距离。实验结果表明: 在微流体中，激光功率、细胞直径、温度(20 ℃)和偏移距离大体上成正比关系，光纤直径和细胞直径在大小相当的情况下光辐射压力能够达到最大值，当激光通过光纤作用于直径分别为3，8和20 μm的微粒时，光纤直径为7 μm或8 μm时光辐射压力最大，所以选用直径为8 μm的单模光纤作为一个重要的实验光学器件。所得结论为深入研究细胞筛选影响因素的数值仿真精度提供了参考与借鉴。

现代平流层飞艇要求飞艇能够安全、平稳地抵达平流层目标高度。首先分析了平流层飞艇高度控制与压差控制的关系, 然后针对平流层飞艇的特点提出了一种前馈式高度控制的方法。仿真结果表明,前馈式高度控制器具有一定的局限性, 不能同时满足高度和压差的控制目标。为此,提出了压差控制器以及两种解决高度控制器与压差控制器融合问题的方案, 最后的仿真结果表明, 限制高度控制权限的方案能保证飞艇安全平稳地到达目标高度。

利用自主设计的冷冻靶微管充气系统，通过在常温环境下向靶盒注入氘气，研究了充气管两端压强差与充气管长度、充气速率及充气时间之间的相互关系。研究表明：微管注入法充气过程中，充气管两端的压强差先增大然后减小最终趋于0; 充气管长度越小，充气速率越大，充气管两端压强差达到平衡所需的时间越短。该实验结果与根据修正后的Hagen-Poiseuille方程所得到的理论计算值相吻合。