PEMFC电极孔隙率的优化研究

对质子交换膜燃料电池单体建立了三维稳态电化学模型,考察了气体扩散层孔隙率对电池性能的影响,验证了扩散层孔隙率及层厚的变化反映从气体通道到扩散层和催化剂层的反应气体扩散量,进而影响电化学反应的活跃程度;以膜与阴极催化剂层界面处获得的最大电压为目标函数,采用鲍威尔搜索法对气体扩散层孔隙率进行数值优化,得到了扩散层孔隙率和层厚的最优值。通过优化前后氧气浓度和电流密度的对比显示,这些参数可以显著改善电极的传质性能,使燃料电池获得最佳性能。     

扩散层结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

设计了等效孔隙率为0.67且含有不同孔径分布的5种扩散层,并建立了二维、单相、等温的质子交换膜燃料电池稳态模型,模拟研究了扩散层内不同孔径分布对电池性能的影响。研究表明,扩散层骨架的特性直接影响电池的电性能,电子通道的最小尺寸会影响极化曲线欧姆极化区的斜率;阳极侧氢气的传输受孔结构影响不大,认为基本不受孔结构的影响;在阴极侧,氧气的传输受气体通道与流道交界面尺寸的影响。     

气体扩散层厚度对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的气体扩散层(GDL)厚度对燃料电池的输出性能有重要影响。文章利用多物理场直接耦合分析软件(COMSOL Multiphysics 5.0),在电池温度为70℃的条件下,对4种不同厚度的GDL进行模拟分析,并在相同的操作条件下,得到了4组极化曲线、阴极氧气浓度、阴极水浓度、阳极氢气浓度以及电流密度的变化趋势图。对比分析4组变化趋势图后发现:GDL的厚度越小,燃料电池的性能越好;GDL的厚度对阳极氢气的浓度分布影响不大;当GDL的厚度增大时,产生的液态水会堵塞GDL的孔隙,降低GDL的孔隙率。     

8通道复合蛇形流道质子交换膜燃料电池综合优化研究

文章建立了三维、稳态、恒温的8通道复合蛇形流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,并利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,对流道尺寸(宽度-深度)、气体扩散层(GDL)孔隙度、进气速度以及温度不同的8通道复合蛇形流道PEMFC单体内流动和传质过程进行了数值模拟和计算研究。研究结果表明,PEMFC的水分布特性、气体分布特性、电流密度分布特性、压力分布特性以及电化学特性均会随着宽度-深度的变化而变化,最佳宽度-深度组合为1.2 mm-0.8 mm,最佳GDL孔隙度-进气速度-温度组合为0.5-5 m/s-353.15 K。     

气体扩散层结构对PEMFC性能影响二维数值模拟

质子交换膜燃料电池在运行过程中反应物从流道传输至催化层时会经过气体扩散层,气体扩散层即 可用来传输反应气体,又用来排出反应物生成的水,所以探究气体扩散层的结构对参加反应的物质及生成物 传输的影响规律有助于了解其分布情况。通过数值模拟比较了穿孔型、树状型和不规则形状气体扩散层在不 同孔隙率下顺流流动时对电池性能的影响情况。计算结果表明,气体扩散层结构严重影响质子交换膜燃料电 池性能,三种不同形状的气体扩散层对应的电性能随孔隙率的变化规律各不相同,到达催化层表面氧气的含 量受扩散层结构影响比氢气大,气体扩散层结构对阴极侧生成物水含量的影响不可忽略。     

质子交换膜燃料电池数值分析

建立了一个三维的数学模型来模拟研究质子交换膜燃料电池,以及流道里流体的流动、阳极氢气和阴极氧气各组分的传递、热量传递、电荷传递、和氧化还原的电化学反应动力学,得到了电池内的组分浓度分布情况、温度场分布情况、以及多孔扩散层孔隙率对电池性能的影响.     

基于CFD DEM微细带肋内冷通道中颗粒沉积特性比较研究

航空发动机全天候全域长航时运行时,颗粒随着二次流空气系统进入到涡轮叶片内部,沉积堵塞在涡轮叶片内冷通道中,严重影响了涡轮叶片的冷却性能。本文采用计算流体力学和离散单元法(CFD-DEM)相结合的方法研究了涡轮叶片带肋细小矩形内冷通道中微尘颗粒的流动和沉积特性。所研究的内冷通道肋片周期性布置在通道的一侧,肋片阻塞比和肋间距比分别为0.024和10,考虑了平行直肋、45°斜肋和45°V肋3种肋结构,详细分析了雷诺数、颗粒斯托克斯数、入口颗粒体积分数和肋片的类型对颗粒流动和沉积特性的影响规律。结果表明：颗粒沉积主要发生在第1根肋片的前缘处;颗粒的沉积质量均随着雷诺数、斯托克斯数和颗粒体积分数增加而减小;在所有的肋片类型中,直肋布置时颗粒沉积现象最明显,其次是V肋,斜肋拥有最小的颗粒沉积质量。     

钙离子对质子交换膜燃料电池性能衰减机理研究

采用试验方法,通过向质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电极(阳极和阴极)注入2种浓度(200和500 mg/L)的Ca~(2+)溶液,研究Ca~(2+)对PEMFC电化学性能的影响;通过扫描电镜(SEM),能量散射谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)对经Ca~(2+)污染20 h后的电池性能的衰减机理进行研究。实验结果表明,经200和500 mg/L Ca~(2+)污染PEMFC阳极20 h后,电池的电化学性能衰减明显,随着Ca~(2+)浓度的增加,电池电化学性能衰减程度增大;SEM和EDS实验结果表明,经500 mg/L Ca~(2+)污染PEMFC阳极20 h后,阴、阳两极的气体扩散层分别与阴、阳两极的催化层剥离,在质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层以及阴极气体扩散层均发现Ca元素,在质子交换膜上Ca元素含量高于其他部件上;EPMA实验结果表明,Ca~(2+)污染PEMFC阳极后,Ca元素主要存在于质子交换膜上;研究结果表明,PEMFC电化学性能衰减的机理主要是由于Ca~(2+)与质子交换膜中的质子发生离子交换反应并取代质子交换膜中的磺酸根基团上的质子形成新的磺酸盐结构所致。     

新型拓展流道PEMFC传质模拟与性能研究

该文提出一种带有拓展区域的新型PEMFC流道，拓展区域长度分别设计为1、2和4 mm。采用COMSOL软件建立三维等温稳态模型并进行数值计算。结果表明：新型拓展流道PEMFC性能均优于传统直流道PEMFC，其最佳拓展长度为2 mm。在高电流密度下，拓展流道使氧气分布更加均匀，提升水的去除能力。当取最佳拓展长度时，增加拓展区域数量能进一步提升燃料电池性能，与传统直流道相比，双拓展区域的流道使PEMFC峰值功率密度提高了18.44%。     

楔形仿螺旋肋片内冷通道的流动与换热

利用有限体积法对三维不可压缩的N-S方程进行离散,对上下表面带有错排间断性楔形肋片且对置的仿螺旋内冷通道进行了数值模拟。网格划分采用非结构化混合网格,湍流模型为kε-两方程模型,在近壁面处采用标准壁面函数法进行处理,速度和压力的耦合采用S IM PLE算法。计算获得了楔形仿螺旋肋片内冷通道在楔形肋片与主流方向夹角分别为0°、15°、30°时的三维流场分布。结果表明楔形仿螺旋肋片内冷通道的流场结构比较复杂,通道内流体流动达到了预期的仿螺旋流动效果。通道的平均努谢尔数随楔形肋片与主流夹角的增大而呈增大趋势,通道换热强度得到了明显的提高,但同时流动阻力也显著增加。     

省煤器防磨初探

主要叙述了省煤器的磨损处理,对省煤器的设计,安装与运行提出了防磨建议与要求。     

爆燃燃烧对火焰辐射光变化的影响

应用火花塞光纤传感测量系统对BJ492Q汽油机爆燃燃烧进行测量和研究,分析了爆燃燃烧时火焰光辐射的变化情况。正常燃烧时,CH（431．5nm),C2(516.5nm),H2O(588nm)自由基的光强曲线出现双峰值,着火延迟期内自由基光辐射。爆燃较强工况时,只出现一个峰值,主要是碳粒子热辐射,峰值处出现剧烈波动,相位提前,无自由基的光辐射。试验表明,火花塞光纤传感器完全可用于爆燃测量。     

天然气成分对发动机性能及排放影响的试验研究

在同一台发动机上通过燃用属于同类别的两地天然气的对比试验,研究了天然气（CNG）成分对发动机性能及排放的影响。试验结果表明：天然气成分的差异导致发动机的空燃比发生变化,是造成发动机性能与排放产生较大变化的主要原因,而控制发动机空燃比在较小范围变化,可以减少天然气成分对发动机性能及排放的影响。     

Research on non-flammable criteria on refrigerants

The two targets including the ratio of maximal composition RXM and the minimum for operating area SMI have been proposed for judging the flammability of the alternative to CFCs and HCFCs in air conditioner and refrigeration system. Analytical results in this paper illustrate that for different flammable refrigerants, the RXM and SMI are different and the relationship between different refrigerants are also different, which depends on the flammability of the refrigerant.     

供热系统节能探讨

针对集中供热采暖系统定压（补水）方式和循环方式的电耗情况及水力平衡调节技术对供热系统节能的作用进行分析和总结,寻求供热采暖系统中可实施节能措施的环节和节能工作的切入点,配合实现既有建筑进行节能改造的阶段性目标,合理降低供热采暖系统的能耗,从而达到供热采暖系统节约能源的目标,为供热采暖系统的节能改造提供科学依据。     

基于投入产出方法的居民消费全流程能耗分析

本文在合理界定居民消费内容及活动水平的基础上,利用投入产出方法和生命周期能耗分析思想,对居民衣、食、用、服务、行、住等消费的全流程能耗进行了分析和计算,给出了2005年居民各项消费的全流程能耗现状,并对2010年、2020年、2030年的居民消费全能耗状况进行了预测,得到了居民消费全能耗占全国能源消费总量的比重在40%以上等一系列重要结论,并提出了相关政策建议。     

基于GT-POWER的配气相位对柴油机性能影响的研究

采用GT-POWER软件,分析1款老产品4112柴油机的配气相位对其性能的影响,并对配气相位进行优化。首先,建立发动机模型,计算发动机外特性曲线,并与发动机试验参数比较,验证模型的可靠性;然后,用发动机模型,对进排气门配气相位气进行分组优化模拟计算,得到每个转速下的最优配气相位;最后,模拟计算标定点转速下最优配气相位所对应的发动机充气效率、燃烧效率、功率和扭矩,结果表明,4项性能均得到提高。     

超滑金属涂层在水泵上的应用

通过对影响水泉效率的因素和超滑金属涂层性能的应用分析,研究利用超滑金属涂层对1日水泵进行节能改造。通过实验测试和实际应用,证明该方法是可行的。     

锅炉钢管压扁试验研究

压扁试验是重要的工艺试验，以日常试验获得的大量数据为基础，针对常用锅炉管材进行了压扁不合格极限高度试验，为减免压扁试验提供了依据。