不同流场的PEMFC性能研究

改进了一个耦合气体流道和气体扩散层的两相、三维和多组分质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,研究4种流道形式对PEMFC输出性能的影响。设定温度为70℃,有效面积为3.61 cm~2的情况下,发现单边交指单蛇形流道的性能最好,单蛇形流道的性能最差。阳极流场的形状对PEMFC性能的影响不大。单边交指单蛇形流道的阴极氧气浓度分布最均匀,浓度差值为6.41 mol/m~3,同时排水性能最好,阴极流道内水浓度差值为10.25 mol/m~3。     

干摩擦工况下Si3N4/PTFE配副材料摩擦磨损特性与转移膜形成分析

为使全陶瓷轴承在干摩擦工况下可靠运转,选用四氟乙烯(PTFE)材质的保持架为全陶瓷轴承提供润滑.利用Rtec销/盘摩擦磨损试验机,以PTFE盘与氮化硅(Si3 N4)销为摩擦副,研究Si3 N4/PTFE在不同载荷和转速条件下的摩擦磨损性能,通过SEM对Si3 N4表面的转移膜形貌进行观察,分析转移膜形成原因.结果表明...     

保持架对低温工况全陶瓷球轴承振动特性的影响

为探究保持架对低温工况下全陶瓷球轴承振动特性的影响,开展氮化硅全陶瓷球轴承低温工况下的理论与试验研究,测试并分析装配有不同材料保持架的全陶瓷球轴承振动信号特征。研究结果表明,保持架的振动特性与其受力状态的贡献特征频率类似,均以保持架特征频率f_c、陶瓷球特征频率f_b的倍频、内圈特征频率f_i的倍频及保持架与内圈耦合的特征频率成分为主;改变轴向载荷及试验温度,装有聚合物基和胶木保持架的全陶瓷球轴承振动速度小于装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承,但装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承峭度值小于装有胶木和聚合物基复合材料保持架的全陶瓷球轴承,即在全陶瓷球轴承信号平稳性以及降低故障概率方面,碳纤维复合材料要优于胶木和聚合物基复合材料。研究结果对于低温工况下全陶瓷球轴承保持架的选取具有一定的参考与借鉴价值。     

研磨盘运动特性对氮化硅陶瓷球成形影响性分析

为提高氮化硅陶瓷球加工精度,提出研磨盘偏摆运动可控的新型锥形柔性支承研磨方式,探究柔性支承研磨方式下陶瓷球成形机理。基于新型研磨方式建立仿真模型,深入分析研磨盘偏摆运动对于氮化硅陶瓷球研磨轨迹与受力状态影响。在搭建的新型锥形柔性支承研磨平台上进行正交实验,进一步分析研磨盘运动特性对球体成形的影响。仿真与实验结果表明：在柔性支承研磨方式下,随着研磨盘偏摆角增大,球体轨迹均匀性标准差从43.58降至35.49,最大接触力提升至初始值的4倍,陶瓷球平均球直径变动量从1.466μm增至2.382μm,批直径变动量从4.98μm增至10.27μm。研磨盘偏摆运动有利于优化研磨轨迹,但增大了球体受力的不均匀性,不利于改善氮化硅陶瓷球平均球直径变动量与批直径变动量,在实际加工过程中,研磨盘偏摆角需控制在0.02°以内。     

润滑油黏度对全陶瓷球轴承腔体温度场分布规律的影响

为揭示全陶瓷球轴承在油润滑条件下内部温度场分布及变化情况,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以7007C氮化硅全陶瓷角接触球轴承为研究对象,利用仿真软件模拟分析不同工况和润滑油黏度条件下全陶瓷球轴承腔体内部温度场及润滑油的分布状态;在轴承寿命试验机上进行相同条件下全陶瓷球轴承的动态特性试验,研究在油润滑工况下全陶瓷球轴承的温升特性。结果表明：随着轴承转速的提高,全陶瓷球轴承腔体内温度呈增大趋势,腔体内润滑油体积分数呈减小趋势;更换不同黏度润滑油发现随着润滑油黏度的增大,全陶瓷球轴承腔体内温度场呈现先减小后增大的趋势,存在最优黏度值使全陶瓷球轴承腔体温度达到最小值,轴承服役性能表现最佳。研究成果为实际生产中全陶瓷球轴承最优润滑油的选择提供了技术参考。     

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。     

全陶瓷球轴承油润滑特性及其对服役性能影响规律

相比于金属球轴承,全陶瓷球轴承在极端工况下的服役性能更加突出。为了揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以6208CE氮化硅全陶瓷深沟球轴承为例,对其在油润滑工况下所表现出的摩擦、振动、温升等特性进行试验研究,探讨供油量对全陶瓷球轴承润滑状态的影响,并对试验后的全陶瓷球轴承接触微区表层进行解析。研究发现：全陶瓷球轴承油润滑服役过程中,在某个特定工况下存在一个最佳供油量,使得轴承可实现全膜润滑,从而表现出最好的摩擦、振动、温升等特性;小于最佳供油量时,为乏油状态,轴承接触微区存在油-固混合润滑状态;大于最佳供油量时,过多润滑油液会产生的黏滞阻力;相比于载荷,轴承的转速对最佳供油量的取值具有决定性影响。研究成果对于揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,丰富其润滑理论与方法具有一定指导意义。     

蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。