大型低温系统流程模拟与验证以及效率优化。建立单个部件的流程设计模块，包括常温螺杆压缩机，油分离系统，干燥器，纯化器，低温透平，换热器，管道，阀门，超流氦流程方案（全部冷压机，冷压机＋负压常温螺杆压机，冷压机＋常温真空系统）；进一步研发整机流程分析模型；结合工程实际工况，对模型进行实验验证和优化，最终确定可靠的整机设计方法；维持大型低温制冷系统稳定运行，需要消耗大量电力，冷却水等通用能力和设施，利用流程设计模型，与实际工程经验相结合，可以优化整机系统效率，节省大科学工程中通用设备投资和能耗。
大型超导低温安全系统设计研究。低温液体，特别是液氦，温度极低，气化率极高（潜热极低）和膨胀比极大（低温：室温体积比大于1:700）；存贮，运输，使用过程中，存在潜在风险；保障大科学工程中设备和人员安全是超导低温系统设计的首要目标；在综合分析系统失效模式的基础上（如束流真空，恒温器真空失效，液氦泄漏等），确定最危险模式，结合热动力分析和经验数据，总结出低温安全设备（低温安全阀，爆破阀，多级安全保护等）和缺氧保护系统的设计方案和标准。
大型超导低温系统可靠性分析。大连先进光源是用户装置，对机器可靠性要求极高。在收集整理关键部件，设备和仪器仪表的平均故障间隔(Mean Time Between Failure, MTBF)和平均故障维修时间(Mean Time Between Repair, MTBR)基础上，开展系统可靠性分析；分析结果是定义系统备件需求，制定维修计划和衡量系统综合性能的重要指标。
大型超导低温系统热声交变效应研究。细长管道在一端开放（低温端），一端封闭（室温端），同时两端存在巨大温差的条件下，会发生热声交变效应。大型超流氦系统中的热声效应产生不可预测的热负荷，使得仪器仪表产生巨大测量误差，是影响整机长期稳定运行的重要因素。结合非线性热声转换与能量运输过程理论和实验研究，提出切实解决消除热声效应影响的理论指导和实际可行的工程方案。
大型超导低温系统能量回收方案研究。大型超导加速器（特别是连续束流）低温系统能耗巨大，系统能耗90%以上由冷却水带走；依照传统做法，冷却水带走的热量经由冷却塔，释放到大气环境中；如何回收冷却水中的热量已经是现代大型超导低温系统的重要课题之一；不同国家，不同时期，不同研究所，有不同的解决方案；结合中国国情，在保证系统长期稳定运行的前提下，提出和实施最大限度的能量回收方案。
低温测量仪器研制。低温测量仪器是保证系统稳定控制和安全的必要手段，长期被国外垄断；拟利用项目便利的低温环境，搭建实验和校准平台，探索安装和制造工艺，有针对性的研发低温温度计和流量计，与国内相关工业界联合，转化技术成果，努力提高国产化能力。
