顺流串联逆电渗析电堆数对能量转换效率的影响研究

逆电渗析电堆(RED Stack)可以将自然界中广泛存在或通过人工方法制取的盐差能转换为电能。为了有效提高RED电堆的能量转换效率和输出电压,通过建立RED电堆能量转换模型,对采用溶液顺流流程的多个RED电堆(多电极)串联的RED发电系统进行理论研究,探讨RED流道总长,溶液流速以及RED电堆数对系统能量转换效率及输出特性的影响.计算结果表明:在设定参数下,降低溶液流速,增加流道总长和电堆数均能提升RED系统的发电效率.但随流道总长和电堆数继续增加,效率提升的趋势减缓.串联电堆在增加输出电压和功率密度的同时其总内阻随之增加,导致系统输出电流变化对输出电压和电堆功率密度的影响增大.     

基于DRT和ADIS的SOFC/SOEC电堆电化学阻抗谱研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)电堆的电化学分析和诊断是国际上的研究难点。明确多片电堆的本征电化学反应机理和性能规律, 是SOFC/SOEC技术实用化的关键。本研究采用弛豫时间分布法(DRT)耦合阻抗谱差异分析法(ADIS)对电堆在燃料电池模式和电解池模式下的复杂电化学行为进行了研究, 通过弛豫时间解析出各个过程对应的特征峰, 区分出不同的物理化学过程。研究表明, 电堆在SOFC模式运行时, 其氢电极含水量应大于20%, 而SOEC模式运行时, 含水量应小于80%, 以最小化电池的气体扩散阻抗。本方法可应用于SOFC/SOEC电堆的分析诊断, 简化电堆测量分析的复杂性, 有助于电堆衰减机理和原因的实时诊断, 并对电堆性能提高给出理论依据和指导建议。     

MCFC型燃料电池的神经网络建模与基于FGA的模糊控制研究

为了提高燃料电池的发电性能,熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)堆的运行温度应该控制在一个合适的范围内。本文首先利用RBF神经网络辨识复杂非线性系统的能力,基于实验的输入输出数据,建立起MCFC电堆的神经网络温度模型;然后设计了MCFC电堆工作温度的一个基于模糊遗传算法的在线模糊控制器,用模糊遗传算法同时优化模糊控制器的参数及规则。最后用神经网络的辨识模型代替实际的电堆进行控制仿真,仿真结果证明建模是有效的,所设计的模糊控制器具有较好的性能。     

基于20-sim的减振器试验台液压系统键合图建模与动态仿真分析

研究了液压系统键合图建模方法.使用20-sim软件,建立了减振器试验台压缩时液压系统的键合图模型,并进行动态仿真,得到系统输出速度和输出压力的动态响应曲线,仿真结果证明了建模方法的可行性与正确性;通过建立系统的Simulink模型进行对比仿真分析,进一步验证仿真结果的可靠性.研究工作为液压系统的动态建模及仿真提供新的思路.     

基于系统相似方法的叠堆型压电驱动器非线性动力学建模及实验研究

根据机械系统与电气系统的相似方法,将叠堆型压电驱动器的非线性电-机械耦合模型完全转换到电气域内,建立了其非线性相似电路模型;给出了非线性相似电路模型中迟滞因子的辨识方法,并对某款商用叠堆型压电驱动器进行了迟滞因子的辨识试验;基于非线性相似电路模型和迟滞因子的辨识结果,对该款叠堆型压电驱动器的非线性特性进行了仿真分析,得到了其非线性位移迟滞回线;仿真结果与试验结果吻合,证明了该建模过程与辨识方法的正确性。该建模方法在电气域内对叠堆型压电驱动器电-机械耦合特性及非线性迟滞特性进行描述,建模过程物理意义清晰且简单实用,对于研究压电驱动器的动态特性及控制算法具有实际意义。     

基于最小二乘支持向量机的SOFC电特性建模

针对现有的固体氧化物燃料电池(SOFC)模型过于复杂的弊端,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的建模方法,用具有径向基函数(RBF)核函数的LS-SVM建立了SOFC电堆的非线性模型.应用仿真对建模的有效性和精度进行了检验,并与径向基函数神经网络(RBFNN)模型的辨识效果进行了比较.仿真结果证明,与RBFNN模型相比,LS-SVM模型具有较高的预测精度,这表明用LS-SVM对SOFC电堆进行建模是可行的.该LS-SVM模型的建立,对SOFC系统控制策略的研究具有一定的实用价值.     

数字DC/DC开关电源环路设计研究

就是在具有厂阔的币场的前景下,把数字DC/DC开关电源系统表示成数学模型或非线性控制模型,得用Matlab建立一个离散的、非线性的仿真模型.并利用该模型对220V高频开关电源进行仿真.仿真试验分析逆变电源工作过程和动态特性,逆变电源输出电压及其频谱分析、总谐波畸变率.对输出电压波形进行分析,结果表明:数字DC/DC开关电源环路输出谐波含量比较少且具有良好的稳态性能.     

汽车万向传动装置动态特性仿真分析

在Pro/E软件中建立万向传动装置的三维模型,并基于ADAMS软件和ANSYS软件进行动态特性仿真分析.采用理论计算和运动仿真相结合的方法,得到了十字轴万向节输出轴角加速度和角速度曲线,并对中间传动轴进行模态分析,得到了相应振型和固有频率.仿真结果表明:运动仿真曲线与理论分析基本一致,模态求解数据与试验数据相符;模型构建合理,仿真结果可靠;动态特性仿真可简化机械产品设计过程,为进一步优化万向传动装置结构提供指导.     

小型燃料电池堆动态特性的模拟

概述了燃料电池的工作原理;介绍了利用参数模拟方法建立燃料电池的稳态模型,该模型表明了输出电流、电池温度、氢气压力和氧气压力等参数对燃料电池的输出电压均有影响;通过在燃料电池的稳态模型上增加一个电容,来模拟它的动态电压,进而模拟出小型燃料电池堆的动态特性。     

风电机组齿轮箱传动系统建模与动力学特性仿真分析

针对目前风电机组常见的两级行星轮系加一级平行轴传动的齿轮箱结构,建立其传动系统虚拟样机模型。基于Hertz弹性接触理论建立仿真齿轮啮合刚度计算公式;借助ADAMS动力学分析软件,对轮齿动态啮合力进行仿真,研究轮齿啮合力在齿轮转动过程中的变化规律;将输出级小齿轮柔性化,建立传动系统的刚柔耦合模型,分析仿真过程中输出级小齿轮的应力变化。利用ADAMS对复杂齿轮箱传动系统进行动力学建模与仿真取得很好的效果,为传动系统的动态设计及优化提供依据。     

Ensemble model for the degradation prediction of proton exchange membrane fuel cell stacks

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stacks are widely used in mobile and portable applications due to their clean and efficient model of operation. We propose an ensemble model based on a stacked long short-term memory model that combines three machine-learning models, including long short-term memory with attention mechanism, support vector regression, and random forest regression, to improve the degradation prediction of a PEMFC stack. The prediction intervals can be derived using the dropout technique. The proposed model is compared with some existing models using two PEMFC stacks. The results show that the proposed model outperforms the other models in terms of mean absolute percentage error and root mean square error. Regarding the remaining useful life prediction, the proposed model with the sliding window approach can provide better results.     

Mechanical design and analysis of a proton exchange membrane fuel cell stack

This paper presents a methodology to design, analyze, and improve the mechanical responses of a practical proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack. Parametrical modelling, finite element analysis (FEA), and numerical optimization are implemented to study the PEMFC stack. Parametrical models are developed according to the actual product, and then can be applied for a structural analysis. A practical assembly is analyzed with FEA, and design defects due to the stacked cell-units and the clamping method are studied. Through solving the defects, the design criterions are proposed to improve the PEMFC stack. A clamping method is proposed to generate a uniform distribution of the clamping pressure. A ribbed endplate designed with the clamping method is optimized to decrease its weight.     

前端调速型风电机组动力学建模与运行特性研究

基于先进的机械调速与伺服控制技术,提出了一种带有发电机前端无极调速器的混合传动风电机组方案,以实现变速恒频。利用集中质量与拉格朗日方法,建立该机组传动系统动力学模型。并利用动力学方程建立1.5 MW前端调速型风电机组的Simulink仿真,实现对机组调速精度、功率消耗、电流谐波与低电压穿越能力等运行特性的深入研究。结果表明:在不同的风速条件下,所提机组不仅可以在调速功率消耗较小的情况下输出恒频电能(占比小于输出功率的15.25%),还可以有效抑制电流谐波污染,改善机组低电压穿越能力。理论分析与仿真研究验证了该机组的实用性和优越性。     

含规模化风电并网的负荷频率云PI控制策略研究

针对规模化风电并网对系统调频造成的不确定性问题,提出了一种计及风电不确定性的云模型负荷频率控制策略。首先将风电出力作为扰动信号,与联络线功率偏差组成的区域控制偏差作为负荷频率控制器的输入量,根据云模型规则发生器建立了具有不确定性映射关系的云（比例-积分,PI）负荷频率控制器。以含有风电的三区域互联电网为例,通过某区域电网实测运行数据仿真分析表明,所建立的云PI控制器能够较好地跟踪风电功率波动,具有较强的抗干扰性。所提方法不仅满足了风电接入对电网调频的要求,而且控制效果明显优于传统PI控制器。     

基于压电陶瓷的引信物理电源的建模与设计

压电陶瓷能将弹药发射环境中的机械能转换为电能,压电电源就是基于此特性为引信供电的环境能源。提出一种压电发电建模方法,利用其对引信压电电源的发电特性进行了理论研究。共包括两个步骤:利用总能量求偏导法推导出并联压电叠堆产生的电压、电荷及电能公式;将压电结构发电模型等效为电路形式,利用电路知识分析得到压电电源的电能输出表达式。然后利用MATLAB软件进行了数值仿真分析,最后以所得理论模型为指导、以最大化提高发电量为目的进行压电电源的设计。     

CFD simulation of a 300 Hz thermoacoustic standing wave engine

High frequency operation of standing wave thermoacoustic heat engines is attractive for space applications due to compact size and high reliability. To expedite practical use, further improvement and optimization should be based on deep understanding and quantitative analysis. This article focuses on using computational fluid dynamics (CFD) to investigate nonlinear phenomena and processes of a 300 Hz standing wave thermoacoustic engine (SWTE). The calculated model was tested in detail, which indicated that the co-axially stacked tube model was suitable for the simulation of SWTEs. Two methods of imposing temperature gradient across the stack were studied, and the processes of mean pressure increasing, pressure wave amplification and saturation were obtained under the thermal boundary condition of applying heating power. The acoustic fields were given, and the flow vortices and their evolution in both ends of the stack and resonator were observed. Moreover, a comparison between the simulation and experiments was made, which demonstrated the validity and power of the CFD simulation for characterizing complicated nonlinear phenomenon involved in the self-excited SWTEs.     

一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学建模与瞬态分析

一管多机布置抽水蓄能电站存在共用管段引水系统,其中共用管段的水力耦合相互作用是抽水蓄能电站系统动力学建模的关键。考虑共用管段水力系统耦合作用,将其分解成多个仅依赖于各子管段流量的单变量函数,通过结合水泵水轮机组动态特性,建立一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学模型。利用数值模拟探究了两机在额定工况并列运行时,一机突甩全负荷在不同导叶关闭规律且另一机组在调速器PID控制下,对各支管内机组流量、水头、出力动态特性的影响规律。仿真结果表明正常运行机组出力和流量动态响应具有正相关关系,机组水头动态响应与其流量和出力具有负相关关系,且波动周期相近。突甩负荷机组水头与流量的动态响应与导叶关闭规律密切相关,突甩负荷机组水头波动程度始终高于正常运行机组水头,且两机组水头波动周期相近;研究结果为探究一管多机抽水蓄能电站系统瞬态动力学建模与稳定性调控提供理论参考。     

旋转整体式斯特林制冷机计算机辅助动力学设计

为缩短旋转整体式斯特林制冷机的研发周期、提高设计效率及降低开发成本,提出了一种基于计算机辅助设计的旋转整体式斯特林制冷机动力学设计方法。根据外形尺寸、输入功率及振动输出等已知参数,重点从旋转电机、轴承选型、飞轮设计及曲柄连杆机构强度校核4个方面采用计算机辅助设计方式进行动力学设计研究。通过三维设计软件Pro/E对制冷机组件建模后导入Adams虚拟样机进行动力学仿真分析,将仿真分析结果导入Ansys有限元软件进行制冷机组件强度校核。通过该方法设计出的制冷机实测制冷量为1.65 W@80 K/23℃,比目标值提高27%,振动输出为0.3N,比目标值降低25%。     

Laser with a nonlinear mirror: application for improving the output power stability of a cw laser

We put forward a new method for improving the output power stability of a cw laser. The basic idea is to replace the output mirror of a laser with a nonlinear mirror that is formed by a dispersive nonlinear Fabry-Perot étalon. Based on the semiclassical dynamic model for this system, first we derive the static conditions for this laser operating with stabilized output power, then we study the dynamic responses of output power to gain fluctuations. Both static and dynamic results show that, compared with normal lasers, the output power stability of our laser can be improved significantly when the output power fluctuations are caused by the fluctuations of the gain. The improvement of the output power can be explained by the fact that there exists an optical servoloop in this laser that is produced by the nonlinear mirror.     

回热器填料热声特性研究--网络模型算法的应用和验证

采用网络模型计算热声热机系统的输出声功率。对不同回热器填料以及对同种回热器在不同间距和不同振荡压力比条件下进行了数值计算，计算结果表明：在其它相同条件下，针束型回热器热机系统输出声功率比板叠回热器热机高。