氢燃料电池系统多喷嘴氢气引射器的特性仿真与过程策略

氢气引射器由于体积小、成本低、低功耗、无噪声等优点,是代替氢气循环泵的有效方案。针对单喷嘴引射器作用范围狭窄的问题,提出了多喷嘴氢气引射器的设计,满足燃料电池系统全功率强变载的需求。利用gFUELCELL仿真建模平台,研究了四喷嘴引射器的引射特性及动态拉载过程中电堆内物理场变化,并对搭载四喷嘴引射器的150kW燃料电池系统的过程策略进行了优化。研究结果表明：与单喷嘴引射器相比,四喷嘴引射器可以覆盖8～153 kW电堆工况范围,实现燃料电池系统运行从怠速到峰值功率的全覆盖。     

基于CFD的旋进旋涡流量计结构改进设计

为了减少150 mm口径旋进旋涡流量计的压损,提出了增加流量计起旋器导程和壳体喉部直径两种方案,在120~2100 m3·h-1流量范围内,采用数值模拟和实验的方法研究了改进前后旋进旋涡流量计的压损特性与仪表系数,并对旋进旋涡流量计中压电传感器所在截面的内部流动特性进行了分析。通过数值模拟研究发现:两种方案均能降低流量计压损,但流量计的仪表系数均降低,不利于小流量的测量,且仪表系数精确度也有所变化。若仅考虑降低压损,同时增加导程和喉部直径比仅增加导程好。最后在音速喷嘴装置上对两种方案进行了实验,发现实验数据和数值计算结果变化趋势一致,达到了对流量计参数优化提高流量计性能的目的。     

基于CFD的旋进旋涡流量计结构改进设计

为了减少150 mm口径旋进旋涡流量计的压损,提出了增加流量计起旋器导程和壳体喉部直径两种方案,在120～2100 m³·h^-1流量范围内,采用数值模拟和实验的方法研究了改进前后旋进旋涡流量计的压损特性与仪表系数,并对旋进旋涡流量计中压电传感器所在截面的内部流动特性进行了分析。通过数值模拟研究发现：两种方案均能降低流量计压损,但流量计的仪表系数均降低,不利于小流量的测量,且仪表系数精确度也有所变化。若仅考虑降低压损,同时增加导程和喉部直径比仅增加导程好。最后在音速喷嘴装置上对两种方案进行了实验,发现实验数据和数值计算结果变化趋势一致,达到了对流量计参数优化提高流量计性能的目的。     

ZW型强制循环泵的设计特点及应用

本文介绍了年产五万吨烧碱装置中ZW型强制循环泵的性能及特点,经近七年连续工业运行验证,泵整机性能可靠,维修费用低,经济效益好,在同类泵中实属高效节能长寿泵。     

管壳式蒸发器内分流板均分性能的研究

蒸发器换热管间制冷剂的分配不均会导致其制冷能力的下降。建立了管壳式蒸发器和分流板三维模型,模拟研究了分流板的位置、开孔大小、开孔数量和开孔结构对R410A均分性能的影响。模拟结果表明,分流板各参数对制冷剂均流效果有显著影响。在不同入口流速工况下,不均匀度随分流板向蒸发器入口端的移动而下降且降幅逐渐变缓;不均匀度随开孔直径的增大而上升,随开孔数量的增大而下降并达到稳定;经优化分流板开孔结构,上下小孔结构的均分性能相比等圆孔结构可提高21.4%。搭建了蒸发器流量分配实验台,通过实验验证了模拟得出的流量分配规律以及分流板对流体均分性能的提升,说明根据流量分布特点优化分流板开孔结构能有效提升制冷剂的均流效果。     

基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动研究进展

相比于传统动力系统,基于燃料电池的动力系统具有很多优点,但在实际运用中仍有许多亟需解决的问题,其中包括燃料电池系统的低温启动问题。本文对比了各种燃料电池低温启动方案的工作机理及其优缺点,归纳并分析了氢气催化燃烧所用催化剂和催化燃烧反应过程以及燃料电池低温启动过程等方面的相关研究成果,研究了影响催化燃烧的主要因素,得出以下结论：基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动策略具有较高的可行性;在不同反应模型的情况下,氢气都可以在微尺度管道内实现稳定的燃烧;表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;空间气相与表面催化的耦合反应能得到最高的温度;氢气/空气预混合气体入口流速、导热壁及导热壁材料、管径和当量比均对催化燃烧有着重要的影响。     

氢气中杂质对车用燃料电池性能影响的研究进展

车用质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs）的耐久性是制约氢能在交通领域商业化应用的关键因素之一。阳极燃料气中含有的微量H₂S、CO和NH₃等杂质是影响PEMFCs耐久性的最主要因素之一。本文综述了PEMFCs阳极氢气中存在的三种关键杂质,即H₂S、CO和NH₃对PEMFCs阳极性能影响的研究进展,包括杂质毒化机制、动力学、燃料电池操作条件影响以及缓解策略,讨论了氢气杂质容限值规定的理论和实验基础。最后,指出了目前氢气杂质对车用PEMFCs影响研究存在的技术问题及未来发展方向,重点指出了根据我国PEMFCs技术发展水平精准推定满足我国车用燃料电池耐久性的氢气杂质容限值的必要性和紧迫性,从而为优化和完善我国车用燃料电池用氢质量标准提供基础数据,促进车用燃料电池寿命的提升。     

缠绕管式换热器性能及应用研究进展

介绍了缠绕管式换热器的主要结构形式,从实验研究和数值模拟两方面综述了缠绕管式换热器的研究现状。重点阐述了多股流缠绕管式换热器的壳侧传热模型和设计计算研究、几何结构参数对缠绕管式换热器流动传热性能的影响和不同换热管形式的缠绕管式换热器研究。基于目前取得的研究成果,结合缠绕管式换热器的工程应用现状,指出了需要深入研究的方向和发展趋势。     

化工企业实验室氢气泄露模拟分析

基于计算流体力学对化工企业实验室氢气泄露进行模拟,研究了泄露速度和通风口直径对氢气泄露扩散的影响.结果表明:实验室氢气泄露以射流初始扩散,泄露过程中上浮扩散,空间内形成旋涡,泄漏源附近室顶区域属于最危险区域,氢气泄露速度越快,泄漏口直径越大,其在实验室区域内扩散越快,危险程度越高.     

热泵和除湿板结合的固体除湿新风机组特性

提出一种热泵驱动的住宅用固体除湿新风机组。该机组采用两级除湿和再生,每级由两个除湿板组成,分别位于被处理空气侧和再生空气侧,通过相互交换位置实现连续除湿。热泵系统的制冷量和排热量分别用于冷却被处理空气及加热再生空气。针对该机组建立相应数值模型并进行实验验证,模拟分析各级除湿板位置交换模式(模式1:同时交换位置;模式2:交替交换位置)、转换间隔(TI)、新风进口状态和级数对机组COP的影响。结果表明:该机组存在最优TI,模式2的最优TI是模式1的一半,风量为300 m³·h^-1 时模式1的最优TI为8 min,风量为500 m³·h^-1时模式1的最优TI为4 min;随着级数增加,机组COP增加;新风进口越干燥、温度越低,机组COP越高。在北京夏季工况和ARI夏季工况下,COP分别高于3.5和5.5。     

一种新型受热面传热和流动特性的数值模拟及实验研究

针对余热利用过程中低温热源的含尘量高、不连续及不稳定等特点, 提出了一种新型菱形受热面结构。在传热过程中, 该受热面表现出管束叉排布置的特征, 传热过能力较强, 流动阻力较大, 壳侧对流换热表面传热系数较高。在实施吹灰过程中, 该受热面呈现出管束顺排布置的特征, 易清洗, 吹灰效率高。采用数值模拟和实验方法研究了新型受热面结构的传热和流动特性, 给出了壳侧的Nusselt数和摩擦因子随Reynolds数的变化规律。实验结果和数值分析均表明, 该受热面能够适应现有余热利用过程的基本要求, 在便于清灰和除垢的同时实现高效传热。     

含聚浓度对旋流器性能影响的数值模拟与试验

以螺旋导流式旋流器为研究对象,选用幂律流体模型和离散相模型（DPM）计算了不同含聚浓度条件下的分离性能,对旋流器流场（速度场、压力场）及油滴运移特性进行了细致的分析,并采用高速摄像技术（HSV）开展了相应的分离特性试验。研究发现：聚合物浓度为0时,油滴存在明显的乳化效应,实测效率81.7%;浓度增大后,乳化效应减弱,油滴分散在旋流器内,中心油核消失,效率急剧下降,4000mg/L时旋流器基本无分离效果;浓度增大对压降影响较小,底流压降最高增幅5.6%,最大值不超过200kPa。分析表明,效率下降与切向速度衰减、径向压力梯度减小有关;浓度增大后油滴轴向向下运动的距离增加,呈现向旋流器外壁面运动的趋势,分离时间延长。     

基于正交试验的汽车档位杆注塑工艺参数优化

针对汽车档位杆注射成型过程中的各类质量问题缺陷,选取翘曲变形量为优化目标,运用正交试验设计方法借助Moldflow软件研究模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间等试验因子和试验指标翘曲变形间存在的关系,找出各因子对档位杆翘曲变形影响程度的排序和最佳的工艺因素水平组合,再进行数值模拟验证及现场试模验证,从而达到提高档位杆产品注塑质量和缩短生产周期的目的。     

双开口气波制冷机振荡管内流动机理实验研究

搭建了双开口制冷整机实验平台,采集不同转速下振荡管内动态压力,对气波制冷整机内部波系关系对制冷的影响进行机理研究。首先,应用基于CFD的数值计算方法对本实验进行模拟,验证了该计算方法具有较高精度;其次,根据不同转速下管内实测压力绘制波系关系图,得到在最大制冷温降时,反向压缩波最弱,波系匹配最为合理;最后,分析压缩波振荡现象的原因及影响,转速越接近最佳转速,压缩波携带能量越小,对低温气影响越少。     

空气自然对流式质子交换膜燃料电池的三维建模和实验分析

在空气自然对流式燃料电池内部,速度、温度、组分浓度及电流分布特性有着极强的耦合作用.氧气质量传输限制引起的浓度过电位是这种燃料电池的主要性能损失.从自然对流、传热传质的角度,建立了三维数学模型.利用三维流体动力学软件和用户建立的子程序,对自然对流下Navier-Stokes 方程,能量方程,电化学动力学方程以及组分、水的传输方程进行了数值求解.通过分析数值计算的结果,结合自然对流的特性,设计了实验系统.对温度分布和电池性能进行了测试.对空气湿度对电池性能的影响进行了分析.数值计算结果与实验结果很好地吻合.模型的建立,对于认识空气自然对流式质子交换膜燃料电池内部的耦合传输现象有极大的意义,可以作为质子交换膜燃料电池的计算机辅助优化设计工具.     

生物质替代燃料对水泥熟料烧成系统的影响分析

本文基于秸秆等生物质燃料在水泥行业的应用现状和存在问题,通过原燃料测试分析、对生物质替代燃料的投加位置、喷煤管位置、三次风位置和撒料装置等进行设计开发.利用热工计算、流体力学和CFD数值模拟技术等技术开发设计一种双燃料互补系统,在分解炉同时使用传统煤化石燃料和生物质替代燃料,分析生物质燃料的投加对烧成系统的影响.     

横流环境中压电风扇耦合射流流动换热特性

利用激光多普勒测振仪分别测定攻角和横流速度对压电风扇振幅的影响。基于相应的振动测试结果利用动网格技术对横流环境中不同安装角度下压电风扇冷却加热壁面的三维非定常流动和传热特性进行了数值模拟,同时应用红外热像仪对相同横流条件工况下加热表面的局部对流传热系数分布进行了测量。研究结果显示,攻角为90°时,作用在风扇上的气动载荷最小,风扇振幅最大,而随着攻角的减小风扇振幅也逐渐减小;安装角为90°时,压电风扇振动以及横流作用所诱导形成的耦合涡结构冲击加热表面,并在下游区域具有明显的脱落、破碎过程,对于叶尖包络区对应的壁面局部对流换热有显著的强化作用,此时风扇耦合换热性能最强,高于45°和135° 2倍以上;且时均对流传热系数的实验结果与数值模拟具有良好的一致性。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。