热电发电器件的输出功率和效率的解析模型

建立了热电发电器件工作的一维模型,应用热力学理论分析了发电器件的输出功率和效率,并重点讨论了元器件热导及热端板、冷端板与元器件间的接触层热导对输出功率和效率的影响.结果表明,热电发电器件的输出功率和效率随热端接触层热导和冷端接触层热导的增加而增加,但增加的幅度越来越小;随元器件热导的减小而增加,且增加的幅度越来越大.所得结论对发电器的设计具有重要的指导意义.     

PEM燃料电池阴极三维数学模型

通过耦合求解质量守恒方程、动量守恒方程和组份守恒方程,计算出点状、多蛇形和单蛇形三种不同流场阴极O2和H2O浓度的分布以及气体速度分布。电流密度为600mA／cm^2时,催化层与扩散层交界面处点状、多蛇形和单蛇形流场中的最小O2浓度是逐步增加,约为1．5％;最大H2O浓度依次减小,大约1．5％;扩散层中间处气体速度依次增加。最后通过单电池实验得到三种流场的电池性能和模型中气体分布情况一致。     

ZrO2-NiCr/Al梯度涂层的抗热震性能研究

为了研究ZrO2-NiCr／Al梯度涂层的抗热震性能，设计了4种不同的涂层方案，采用多层平板模型计算了各种方案的涂层中温度和热应力的分布。计算结果表明与其它的涂层方案相比，梯度涂层方案中应力的变化幅度较小，分布也比较缓和。还采用等离子喷涂方法制备了计算模型中设计的4种涂层方案的试样，并对试样进行了抗热震性能试验。试验和计算得到的结果是一致的，都表明采用梯度涂层方案时有较好的抗热震性能。     

PEMFC扩散层微结构的分形维

采用分形理论中的重要参数分形维对质子交换膜燃料电池(PEMFC)扩散层的微结构特征进行描述。通过扫描电子显微镜(SEM)采集了TGP-H-060型碳纤维纸和聚四氟乙烯(PTFE)处理过的TGP-H-060型碳纤维纸的平面图像。采用盒维法分别测定了扩散层不同结构特征体:固体骨架、孔隙及两者间界面的分形维。结合盒维法计算原理,研究了三个特征体分形维之间的关系。研究结果表明,当试样孔隙率大于0.5时,孔隙的盒维数大于固体骨架的盒维数,大于两者间界面的盒维数。通过分析可知,用分形维来刻画扩散层(多孔介质)的微结构特征是合理的。可以考虑将分形理论应用到质子交换膜燃料电池建模过程中,使得仿真计算结果更接近实际情况。     

陶瓷／金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷／金属梯度热障涂层的性能，设计了4种涂层方案和2种基体材料（1Cr18Ni9Ti和2Cr13）．利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层．通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能．利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析，利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图．热震试验表明，梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能．采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量，结果表明，压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上，而拉应力出现在2Cr13基体材料上．     

冷却水对电池中温度分布的影响

采用计算流体力学软件Fluent模拟分析了一个活性面积达到近50 cm2的单电池,探讨了冷却水对电池内膜平面上温度分布的影响.分析表明大部分冷却水温度偏低,冷却水的换热效果并不好;在高电流密度条件下,流向与反应气体相同的冷却水较能改善电池内温度分布状况;提高冷却水的总流速和降低进口温度对电池内温度分布的改善作用不好.     

PEM燃料电池多孔介质扩散层分形维数的测定

为了研究质子交换膜燃料电池扩散层多孔材料微结构对仿真结果的影响,首先必须找出一种有效的方法来描述其微结构.尝试应用分形理论表征多孔材料的微结构,介绍了曲线和孔隙面积分形维数的定义,并采用盒维法对2个分形维数进行计算.计算结果表明,扩散层试样的曲线分形维数为1.144 7,面积分形维数为1.927 6.     

质子交换膜燃料电池动态特性的建模与仿真

详细分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学模型。在此基础上，运用Matlab的Simulink仿真工具建立仿真模型，通过此模型，分析当电池电流出现阶跃变化时，电池电压、输出功率、消耗功率、电池效率以及电池等效内阻的动态响应。此模型也可用于电堆的仿真与设计，此研究对燃料电池的优化与控制可提供帮助。     

PEM燃料电池进气箱的流场分析与结构优化

建立了一个燃料电池堆进气箱的三维结构模型，应用计算流体动力学软件分析流场。描述了空气箱中的典型流动，同时还讨论了影响空气箱内空气流动的主要因素。通过研究进气箱结构形状及尺寸对箱内空气流动的影响，发现采用合适的扩压型进口加流线型挡块可以使空气箱出口处空气流速比较均匀。