质子交换膜燃料电池内部水含量特性分析

为研究水含量变化对燃料电池性能的影响,建立了质子交换膜燃料电池冷凝率(RW)模型。该模型利用切换函数确定了蒸发和冷凝的比例关系,考虑了两相流变化和压力降对燃料电池冷凝率的影响。将RW模型通过自定义函数(UDF)导入FLUENT软件中,搭建了实验测试平台,对工作温度60℃、进气相对湿度100%、进气压力分别为10和20 kPa工况下的RW模型、Fluent模型和实验值进行比较分析,结果表明:随着进气压力增加,冷凝速率提高,电池内部水含量明显增加;当工作温度为60℃、进气压力为10 kPa、电流密度为260 mA/cm~2时,相较于实验值,RW模型精确度比Fluent模型提高了21%;在进气压力为20 kPa时,RW模型比Fluent模型提高了31%。     

阳极压力降对质子交换膜燃料电池性能的影响

为了研究阳极压力降对质子交换膜燃料电池性能的影响,提出了一个新的相对湿度-压力降(RHPD)模型。RHPD模型考虑了由阳极含水量变化引起的质子交换膜燃料电池阳极压力降变化的现象。将RHPD模型通过自定义函数导入Fluent中,完成燃料电池在不同工况下的仿真计算。对工作温度为60℃,阴极相对湿度为50%,阳极相对湿度分别为25%,50%,75%下的电池性能进行了测定。通过比较Fluent模型,RHPD模型和试验数据三者发现:相对湿度为25%,电流密度为445 mA/cm~2,RHPD模型和试验值数据间仅存在0.11%误差。     

阳极水含量对车用燃料电池性能影响

为了研究质子交换膜阳极水含量对燃料电池性能的影响,提出了一个质子交换膜水含量(MWC)计算模型。该模型考虑了阳极气体在电池内部有压力下降的现象,将压力降和水分活度引入水含量计算。将此模型移植到计算流体力学软件(FLUENT),建立了计算网格并对燃料电池进行了仿真计算。建立了燃料电池试验测试系统,给出了燃料电池试验参数并进行了性能试验。对电池在65℃、相对湿度为70%和100%的FLUENT原模型、MWC模型和试验值下的极化曲线进行了比较分析,结果表明:模拟极化曲线与试验极化曲线吻合良好,MWC模型比FLUENT模型能够较准确地预测燃料电池的性能,尤其在65℃、相对湿度为75%情况下,MWC模型比FLUENT模型精确度提高了10%。     

基于终端滑模控制的燃料电池进气管理

适当的进气可改善燃料电池的输出特性,但过量的进气可能导致质子交换膜损坏、氧匮乏和输出效率低等问题。进气系统过氧比值能反映气体供应的情况,是衡量燃料电池系统运行状况的重要参数。根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统建模分析过程,将负载电流作为外部扰动,并基于模型设计出比例-积分-微分(PID)控制器、传统滑模控制器(SMC)和非奇异终端滑模(NTSM)控制器。仿真结果表明：3种控制算法均能实现稳态跟踪,但两种滑模控制器的控制效果好于PID控制器,NTSM控制器的控制时间比PID控制器和SMC分别减少70.5%和48.5%。     

燃料电池在非对称加湿下性能分析

为了分析在非对称加湿下质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的性能,考虑了压力降并推导了饱和蒸汽压计算公式,提出了湿度(RH)模型。建立了三维几何模型,并且将RH模型嵌入Fluent软件进行仿真计算。搭建燃料电池测试系统,对PEMFCs进行阴阳极非对称加湿操作。结果表明,采用非对称加湿操作,更加灵活方便的达到燃料电池最优性能;采用RH模型的仿真与试验结果吻合,在75%ARH(阳极湿度)和100%CRH(阴极湿度)下,电流密度560mA/cm2时,仿真值和试验值几乎没有误差。     

相对湿度对燃料电池电压衰减影响的渐进分析

为研究相对湿度对车用燃料电池电压衰减的影响,提出了电池阳极相对湿度(anode relative humidity,ARH)模型。建立了燃料电池计算模型和网格,将ARH模型移植到计算流体动力学软件(FLUENT)中,用于计算电池堆中电压衰减最快的单电池。针对C10(距离进气口最远的电池)在不同相对湿度时的FLUENT原模型、ARH模型和实验数值进行了对比分析。结果表明:ARH模型能较准确地计算C10的性能,在相对湿度为100%时,ARH模型比FLUENT原模型精确度提高了10%。为进一步优化燃料电池堆的水管理系统提供了新的思路。     

高温PEMFC进气压力突变下的瞬态性能模拟

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)以其水管理简单,对CO的耐受性强等优点得到越来越多的关注。而基于燃料电池在实际中的应用,它的瞬态性能研究也逐渐增多。通过建立一个三维非等温瞬态模型对基于磷酸掺杂聚苯并咪唑(H3PO4/PBI)膜的HT-PEMFC进气压力突变下的瞬态性能进行了相关研究。在这个模型中考虑了磷酸掺杂程度、入口相对湿度等对膜电导率及电池瞬态性能的影响。结果表明,在进气压力变大时,较小的磷酸掺杂程度、较小的入口相对湿度、较大的负载都会使电池更快地达到新的稳定状态。     

进气加热对燃气-蒸汽联合循环性能影响

以某200 MW级燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象,利用余热锅炉尾部烟道废热加热给水并通过气-水换热器提高压气机进口空气温度,采用Aspen Plus模拟计算进气加热系统投运前后联合循环参数变化,分析空气进气加热对机组性能影响。研究结果表明,压气机进口空气温度由12.5 ℃提高至35 ℃时,50%、75%、87%负荷下燃机负荷率分别提高0.08、0.12、0.15,燃料消耗量分别降低0.11 kg/s、0.13 kg/s、0.10 kg/s,联合循环效率分别提高1.04%、1.03%、0.73%。95%负荷下燃机负荷率由0.95增大至1.00后保持不变,联合循环效率先增大后减小,100%负荷下燃机负荷率保持1.00不变,联合循环热效率持续降低。     

燃气-蒸汽联合循环进气冷却系统对机组性能影响研究

以PG9171E型燃气-蒸汽联合循环电厂为研究对象,对联合循环及进气冷却系统进行建模。分析了该机组加装进气冷却系统后燃机侧、余热锅炉侧和蒸汽轮机侧系统性能的变化情况。结果表明该E型联合循环机组加装进气冷却系统后,进气温度每降低10 ℃,燃机侧出力上升约9%,余热锅炉效率下降约3%。通过蒸汽参数的调整充分利用余热资源能使汽轮机多出力2.1 MW,联合循环效率上升约0.3%。     

基于三维流场数值计算的引信用侧进气涡轮发电机的设计研究

提出并研究了基于三维流场数值计算的引信用侧进气涡轮发电机的设计方法。针对侧进气涡轮发电机在适用引信型号确定条件下,其基本形状尺寸就受到严格限制的特点,分析了影响电机性能并可以被优化的主要参数,设计了能够满足计算量要求的参量优化算法。对电机三维流场数值计算的控制方程、计算区域、网格划分以及数值方法和边界条件进行了分析。根据侧进气涡轮发电机的涡轮转速与流场相互影响的特点,结合电机的动力学分析提出和建立了基于涡轮转速迭代的三维流场数值计算方法,给出了基于三维流场数值计算的侧进气发电机的设计流程,建立了完整的设计模型。利用该方法设计了某引信用侧进气涡轮发电机,结果表明该方法可以满足工程设计的要求。     

阴、阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性

阴、阳极气体相对湿度是对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响最为重要的因素。通过建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值模拟方法研究了反应气体相对湿度对PEMFC性能的影响及差异性。结果表明,在高操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极气体相对湿度的增加而提高;在低操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极相对湿度的增加而降低。同时,在高操作电压下,阳极气体加湿程度对电池性能的影响比阴极气体加湿程度对电池性能的影响大,但在低操作电压下,阴极气体加湿程度对电池性能的影响更大。通过对质子交换膜的阴极、阳极侧含水量分布的分析,探讨了阴极、阳极加湿对PEMFC性能影响差异性的原因。研究结果对于燃料电池的水管理具有一定指导意义。     

燃气轮机进气冷却技术经济比较

燃气轮机的性能与环境温度有关,其出力随空气进气温度升高而降低,燃气轮机的进气冷却是增加其出力的最有效的方法。介绍和讨论了燃气轮机进气冷却的各种方法,并对各种冷却方法进行了技术经济比较。结果表明,不论采用何种进气冷却技术都可以有效地提高燃气轮机的出力和效率,但对于不同地区、不同运行条件的燃气轮机,应根据实际条件选择进气冷却方式。     

燃气轮机进气冷却系统对机组经济性的影响

阐述了加装基于余热利用的燃气轮机(燃机)进气冷却系统后,燃机进气温度对机组经济性影响的理论模型,并结合实际案例进行了计算分析。结果表明,随着燃机进气温度的降低,机组出力逐渐增大;当进气温度降至露点以下时,大量的冷量将用于空气的除湿,使系统造价急剧上升,项目投资收益比大幅下降。建议空气湿度较高地区的燃机在加装进气冷却系统时,应结合除湿手段进行空气脱水预处理。     

浅谈电厂常见风机进气箱的改型

通过分析进气箱的作用，提出电厂一些常见风机进气箱(主要包括离心通风机和轴流式通风机)存在着效率不高的问题。同时，结合国内外的研究成果，总结出设计或改型进气箱时应该注意的原则和方法，为改造现有电厂风机的进气箱形状从而提高其运行效率指出了一个方向。     

基于ANSYS软件的FSAE赛车发动机进气系统设计

主要对FSAE赛车发动机进气系统的结构进行分析,从而在满足大赛规则的前提下设计出符合FSAE赛车高速、稳定性能要求的发动机进气系统,即在赛车发动机进气系统中安装稳压腔。首先对本校车队大赛用车选定的发动机进气系统的结构参数进行设计,再利用CATIA软件实现参数化建模,建立两种进气系统的3D模型（安装稳压腔和不安装稳压腔结构）,并将其分别导入到ANSYS 软件中进行流体分析。通过比较分析证明带稳压腔的进气系统在进气速度的均匀性与进气压力稳定性上较传统未安装稳压腔的结构均具有一定的优势。     

进气冷却及冷凝水回收技术在东非地区的应用

结合东非地区的气象条件、投资、水源等因素,对燃气轮机进气冷却技术及冷凝水回收技术特点、应用范围等进行了比较;并对冷凝水回收技术在东非地区燃气电厂应用进行了分析。结果表明:东非地区采用进气冷却方式主要受大气环境、总投资及水资源的影响。建议在选用进气冷却技术时可综合考虑冷凝水回收,既可提高燃气轮机效率又节能环保。     

轴流式送引风机进气箱性能优化

针对发电厂轴流式送引风机的进气箱结构型式对风机及其管网的综合性能的影响.根据CB/T 1236-2000标准,对带有各种不同进气箱型式的轴流风机进行性能测试并研究它们之间的性能差异.通过在轴流风机进口安装5种不同型式的进气箱后,分别测试各自的性能数据.对进行各工况综合性能进行计算,并根据各自的计算数据绘制出相应的综合性能曲线,通过对比分析,确认它们之间存在很大性能差异,并给出合理的轴流风机进气箱结构建议方案.通过理论计算和分析,找到确定最佳导流板的数目的方法,确定了轴流式送引风机的进气箱性能优化的方案.     

进气条件对PEMFC动态响应的影响

为研究PEMFC的动态响应特性及进气条件对响应特性的影响,建立一维两相流数学模型,通过电流密度的阶跃变化,模拟实际应用中的负载突变工况.电流密度从3 000 A/m2阶跃升高至6 000 A/m2时,阳极侧膜含水量减少,阴极侧膜含水量增加;燃料电池的输出电压先从0.777 V骤降至0.710 V,随后受膜含水量影响,缓慢提升至0.715 V左右,达到稳态.在同一电流密度阶跃工况下,进气相对湿度越高,电压下冲幅度越小;进气压力对电压趋近稳态时的变化趋势影响不大.     

燃气轮机进气系统湿堵分析及对策

燃机空气进气系统在高湿环境下运行时阻力急剧增长（定义为“湿堵”）的问题严重影响了机组运行的安全性和经济性。在阐述燃气电厂湿堵案例基础上,分析了问题产生的机理,进而从提高过滤器耐湿性能和控制进气温湿度2个角度研究了被动预防和主动干预的应对策略。过滤器耐湿性能和压气机进气加热试验表明,提高过滤器耐湿性能和进气加热可以有效解决进气系统湿堵。     

E级燃气轮机进气系统加湿降氮效果

燃气轮机在运行中氮氧化物受环境影响排放并不稳定，环境湿度是影响燃气轮机氮氧化物排放的因素之一。在大气湿度较低的工况下，燃气轮机极易出现排放超标情况，考虑氮氧化物排放的环境湿度影响因子，通过改造燃气轮机进气系统增加进气加湿装置，以实现在环境工况干燥时通过增加相对湿度降低重型燃气轮机氮氧化物排放水平。通过实际运行，验证了本文所提改造方法可有效降低燃气轮机在部分负荷工况下的氮氧化物排放。