氢能与质子交换膜燃料电池

氢能燃料电池由阳极、阴极、电解质组成,属水电解的逆装置.氢燃料电池在催化剂作用下,氢分子解离为氢质子并释放出电子,电子在外电路形成直流电输出电能.氢燃料电池种类较多,其氢能与质子交换膜燃料电池采用了模块式结构,可组装成各种移动式、固定式电源,在军事应用中前景广泛.     

直接甲醇燃料电池用Nafion膜的研究进展

讨论了用于直接甲醇燃料电池(DMFCs)的质子交换膜(PEMs)的工作原理与性能要求,介绍了Nafion膜的主要结构与性能特点以及用于DMFCs时存在的主要问题,以及目前国内外对直接甲醇燃料电池用Nafion膜改性的最新进展。围绕等离子体改性、有机/无机复合、共混技术对Nafion的改性问题,评述了其改性效果和存在的主要问题和Nafion膜和改性Nafion膜在直接甲醇燃料电池中的应用和可能的发展方向。     

质子交换膜燃料电池技术

阐述了质子交换膜燃料电池的工作原理、关键技术及国内外应用研究动态,最后认为质子交换膜燃料电池(PEMFC)是最适合用于水下远程机器人和潜艇等武器装备的AIP系统,应快速向实用化方向发展。     

质子交換膜燃料电池在军事中的应用前景

对比分析了在未来战争中，军队现有电源装备存在的不足和质子交换膜燃料电池( PEMFC)所具有的优势，详细概述了PEMFC在潜艇、通讯指挥系统、备用电源、航空航天领域以及应急照明电源方面的国内外应用研究状况。指出质子交换膜燃料电池因具有隐蔽性强、移动性好和应用范围广等优点，能很好地满足高科技战争对军用电源装备提出的新要求，在军事领域具有广阔的应用前景。     

电流密度对Al-Si合金微弧氧化膜结构及耐蚀性的影响

采用微弧氧化技术在Al-Si合金表面制备氧化物陶瓷膜层,利用激光共聚焦显微镜、SEM、EDS、XRD、极化曲线等测试方法研究电流密度对Al-Si合金微弧氧化膜层的生长过程、微观结构、元素成分、相组成和耐蚀性的影响规律。结果表明:随电流密度的增大,起弧所需时间减短,膜层厚度和粗糙度均增加,膜层生长速率先增大后减小。电流密度较小时,氧化膜生成相为γ-Al_2O_3,当电流密度达到13.3 A/dm~2时,氧化物生成相出现α-Al_2O_3和莫来石相。当电流密度小于16.6 A/dm~2时,氧化膜的耐蚀性随电流密度增大而增强;当电流密度大于16.6 A/dm~2时,氧化膜耐蚀性能降低,相对于合金基体,氧化膜始钝电位降低,维钝电流密度降低两个数量级。     

燃料电池电动客车动力系统结构及控制系统研究

以现有的纯电动中型客车为基础,通过重新定型设计,改装成质子交换膜燃料电池客车·首先对燃料电池混合动力系统结构形式进行了分析,确定了一种适合目前动力系统关键部件特性的结构形式·然后讨论了燃料电池电动客车的控制系统,提出了分级控制的方案·最后建立整车模型,进行了仿真实验·结果显示,该燃料电池电动客车的混合动力系统结构及控制系统能够满足车辆行驶的要求,动力性能比原车有了提高·     

某型水下航行器电池舱段热过程CFD分析

锂/亚硫酰氯电池的发热问题会影响水下航行器电池舱段的工作效率,并可能导致严重的安全事故。采用流固耦合传热的方法,建立了某型水下航行器电池舱段内部热过程的数学物理模型,利用FLUENT 6.2软件仿真计算了其工作时内部温度分布情况和温度随时间的变化关系,并对某一工作条件下温度分布和温度随时间的变化关系进行了试验验证。结果显示:水下航行器电池舱段内部温度分布和温度随时间的变化关系主要和单体锂/亚硫酰氯电池的放电电流和传热介质的导热率有关。     

某电动全地形车舱内散热的分析及改进

考虑舱内发热零部件的散热及空气流动等因素,建立了电动全地形车动力舱模型。利用STAR CCM＋软件对舱内流场进行了数值模拟,获取了舱内空气的速度和温度分布特性及零部件表面的温度分布,找出了舱内结构布置对零部件温度分布的影响规律,并根据模拟结果对舱内结构布置做了相应改进,避免电池和控制器的过热失效。同时,通过对该车型的计算,为后续类似车型的布置优化奠定了基础。     

质子交换膜燃料电池系统动态控制研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有噪声低、红外特征弱,可靠性高等特点,在军用车辆和野外电源等领域有一定的应用价值。燃料电池系统的反应特性与其内部结构、反应环境等多种因素有关,而受传感器的限制,电堆内部质子交换膜的温、湿度等因素无法直接测量,系统每一次的反应特性也不尽相同,系统模型难以确立,传统的精确控制对系统湿度调节效果不佳。本文以3 kW风 冷式PEMFC为研究对象,设计了一个简化控制系统,对PEMFC系统湿度进行动态控制,使电堆湿度在阈值范围内周期性变化,摆脱了控制方式对系统模型的依赖性,解决了燃料电池内部湿度均匀性问题,并通过实验验证了该控制方法的可行性及效果。     

电流密度对含Ca和P镁合金微弧氧化膜性能的影响

在含有EDTA-Ca和Na2HPO4的电解液中,以恒电流方式制备富含Ca和P的镁合金微弧氧化陶瓷膜,研究电流密度对陶瓷膜结构及耐蚀性的影响。利用涂层测厚仪、X-射线荧光光谱仪（XRF）、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及电化学工作站对陶瓷膜厚度、元素组成、相组成、表面形貌及膜层在Hank溶液中的耐蚀性进行了测试。结果表明：随着电流密度的增加,膜层的厚度及 Ca/P 均呈现先增加后减小的趋势;膜层主要由 MgO 及 MgAl2O4组成,膜层中的Ca,P以非晶形式存在;陶瓷膜均呈现典型的微弧氧化形貌,随着电流密度的增加,孔径逐渐增大,分布逐渐趋于不均匀,甚至出现裂痕;电流密度为100 mA/cm2,MgAl2O4含量最高,膜层的耐蚀性最佳。     

飞行器热解炭化材料烧蚀产物对等离子体流场的影响规律

高速飞行器表面防热材料在气动加热产生的高温下会热解烧蚀,烧蚀产物进入空气边界层流场后,与流场中的高温空气发生复杂化学反应,对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响.基于求解热化学非平衡Navier-Stokes方程,建立耦合烧蚀壁面的三维等离子体流场计算方法.理论预测电磁衰减测量项目第2次飞行试验(RAMC...     

纯碳/碳材料烧蚀对飞行器等离子体流场的影响

高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀,烧蚀产物进入空气边界层流场后,与流场中的高温空气进行复杂化学反应,对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响.通过高频等离子体风洞,采取高频感应加热的方式产生超音速高温气流,在相同外形的纯碳碳材料模型和铜制水冷模型周围形成高温绕流流场.利用朗缪尔探针对...     

不同构型固冲发动机补燃室绝热层传热烧蚀

针对固冲发动机补燃室结构,建立了不同构型条件下补燃室三维流场带化学反应流场模型与不同构型条件下补燃室内二维绝热层传热烧蚀模型.运用FLUENT软件模拟了补燃室内燃气的流动与燃烧.运用ANSYS软件对补燃室内绝热层进行了热分析数值计算,求解了绝热层的温度场.根据材料的热解温度范围,判断出材料的烧蚀分层.针对2种不同结构构型的凹坑,进行了冲压发动机地面联管试验,计算结果与试验结果基本吻合.结果表明,文中所建立的绝热层传热烧蚀计算方法可以较好地模拟出材料的传热烧蚀过程.     

高超声速飞行器鼻锥的热环境和结构热分析研究

基于典型的高超声速气动加热飞行环境,利用热流迭代修正方法对轴对称一体化结构高超声速飞行器鼻锥进行结构温度场分析.首先通过流场计算得到飞行器鼻锥的冷壁边界热流密度分布,并将其作为结构热响应有限元计算的初始边界条件.为了验证计算方法的可执行性,并为计算结果分析比较提供参考数据,首先进行只考虑导热和辐射的计算,不考虑壁面温度变化对热流影响的热流修正迭代计算.而后,针对壁面温度随时间变化,对热流密度进行修正,进行多次迭代计算模拟,用以确定高超声速飞行器鼻锥材料以及结构设计尺寸.     

微凹坑超声电解滚蚀加工间隙多物理场特性及成形规律

针对径向超声能场滚蚀微细电解加工（RUR-EMM）间隙物理场变化复杂、能观性较差等问题,基于数值模拟方法,对加工中间隙多物理场耦合作用及变化规律进行研究。建立加工间隙内电场、两相流场、温度场、声场等多场耦合理论模型,通过数值仿真分析得出多场耦合相互影响变化规律、多场耦合下凹坑成型规律。研究结果表明：在振动频率20 kHz、振幅10 μm、加工间隙50 μm、工具阴极旋转角速度0.6°/s、电解液电导率7.9 S/m工况下,超声能场激励微细电解加工中,间隙内电解液周期性流入、流出加工区;电流密度随振动周期发生周期性变化;电解液温度随超声激励与电化学反应的综合作用升高;与滚蚀微细电解加工相比,RUR-EMM间隙内温度上升3.63%、电流密度提高1.45倍,间隙脉动流场有效促进了产物排出,RUR-EMM凹坑深度最大增加14.21%;微凹坑加工试验结果验证了理论模型的正确性,仿真与实际加工试验深度误差在17.07%以内。     

环境因素对层流下腐蚀静电场的影响

为使理论模型计算得到的腐蚀静电场与实际海水环境下测量得到的实验结果更好地进行拟合,提出流动介质条件下基于Sommerfeld积分的点电荷电位求解方法,定性分析环境因素对静电场幅值的影响。结合电化学及流体力学相关理论,对电化学极化与浓差极化共同控制下产生的腐蚀电流密度进行计算,基于腐蚀电流密度建立点电荷模型、计算介质中的腐蚀静电场,得到静电场幅值随介质温度、含盐度及流速的变化规律,并进行水池实验验证。结果表明,实际腐蚀情况比理论模型更加复杂,在一定环境条件下,实验结果与理论计算具有较好的拟合性,拟合平均误差在10%以内。     

电场对AZ31B/Al扩散结合界面结构及力学性能的影响

应用电场激活扩散连接技术(FADB)进行AZ31B与铝的固相连接,研究电场条件下结合界面快速形成的微观结构及其力学性能。采用OM、SEM、EDS及XRD等分析扩散溶解层的微观组织、成分分布和剪切断口形貌及相组成,并利用显微硬度计和微机控制电子万能试验机对接头界面扩散区显微硬度和接头抗剪强度进行分析。研究结果表明,激活电流降低扩散界面金属化合物生成的激活能,促进Mg-Al间的扩散反应,形成的梯度扩散溶解层对提高接头抗剪切强度有显著影响。在温度为450℃,时间为50 min,电流密度为80 A/cm2时,过渡层宽度达120μm,接头抗剪强度最大值35 MPa。     

工艺参数对电沉积钴镍合金镀层成分及耐磨性能的影响

利用电沉积技术在碳钢表面制备纳米晶钴镍合金镀层,并辅助超声波分散加机械搅拌,获得具有良好减摩性能的纳米晶、低微摩擦系数的钴镍合金镀层材料。研究了电流密度、温度、pH值等工 艺参数对合金镀层成分及耐磨性的影响。利用扫描电镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪分析了镀层表面的显微组织、相结构及成分含量,通过UNMT1微纳米材料力学综合测试系统考察镀层的微磨损性能。结果表明,获得的合金镀层组织细密、结构均匀,工艺参数对合金层的微摩擦系数影响较大,在最佳工艺参数电流密度1.5 A/dm²、温度50 ℃、pH值为4.0时合金镀层的平均摩擦系数最小为0.18,合金具有较好的耐微摩擦磨损性能。