低频激励下油隙的电极极化建模与介电参数方程EI北大核心CSCD

针对变压器油频域介电谱低频部分弥散现象的原因,即电极极化进行了研究。分析了变压器油隙在低频正弦激励下内部离子动态分布的过程,建立了离子分布模型,依据离子分布构建了弛豫时间和德拜(Debye)长度的表达函数,并用于Debye弛豫模型的参数计算,从而得到了以电极极化为基础的介电参数方程。计算并分析了所述试验条件下的电极极化参数,通过仿真与实测数据的对比,验证了电极极化模型及其相应介电参数方程的正确性。研究结果表明:仿真电流与试验测试电流相符合,建立的离子分布模型能够有效地表征变压器油隙频域介电响应中的电极极化机制;介电参数计算值与试验测值相符合,建立的介电参数方程能够有效地表征变压器油频域介电响应中受电极极化作用时的介电参数。所建立的离子分布模型与介电参数方程能够给油纸绝缘频域介电谱低频弥散特性研究提供基础,以便更好的将频域介电谱技术应用到工程中。     

固体氧化物燃料电池阴极数学模型与性能分析

该文针对固体氧化物燃料电池（SOFC）的LSM/YSZ(Sr掺杂LaMnO3 / Y2O3稳定ZrO2)多孔阴极，耦合电极内部离子传导、电子传导、气体扩散与电化学反应过程，建立了全面考虑活化极化、欧姆极化与浓差极化的电极微观数学模型。模型对交换电流密度计算子模型进行了改进，揭示了温度、氧气分压对其的影响，并将三相界 (TPB )定量表示为电极微观结构参数（孔隙率，配位数，接触角等）的函数。模型计算结果与文献中实验数据吻合较好。在此基础上利用该模型对过电位、氧气浓度等参数在电极上的分布进行计算，并研究了混合导体颗粒尺寸、氧气利用率、电极厚度、孔隙结构参数对电极极化的影响。模拟结果对电极微观结构优化及电池运行提供了一定的理论指导。     

脉冲电弧侵蚀电极材料时的热分析

气体火花开关在大电流工作形下，会因为开关电极受到高能量，大电流电弧的烧蚀作用而影响其工作性能和寿命。本文根据电极电弧的烧蚀模型，通过热传导的计算，推导出了几个实用的公式，指出了选择耐烧蚀电极材料的原则和减少气体火花开关电极烧蚀的方法。     

旁路电流对液流电池副反应的影响

在液流电池中,旁路电流的存在,不仅仅会降低电池效率,还会引起电极内电势的变化和离子浓度分布的不均匀,进而会加速副反应的产生。等效电路法被用于计算旁路电流大小和电池效率,但该方法无法计算电极内电势和离子浓度分布。建立二维电池串联模型,仿真计算电极内电势和离子浓度分布,着重研究旁路电流对副反应(如碳腐蚀、析氧反应和析氢反应)的影响。     

大型铝电解槽三维电磁场的数值模拟

对实际铝电解槽在合理假设的基础上 ,建立了计算槽内熔体电流分布的三维有限元模型 ,计算了槽内电流密度分布。据此建立了计算槽内熔体电流产生的三维磁场的有限元模型 ,得到了槽内的磁场分布图。采用标量位法建立了本槽槽周母线和邻槽电流在本槽产生的磁场的三维有限元模型 ,计算了它们在本槽产生的磁场的分布情况 ,最后得到了本槽实际磁场分布结果。通过一实例计算并和实测结果比较可知 ,本文的计算方法获得了比较好的计算结果     

空气电极催化层中导电炭材料的研究(II)

将气相生长碳纤维(VGCF)加入到锌空气电池空气电极催化层中,通过热压成型制备三相气体扩散电极。用电流-电位极化曲线研究了这种空气电极的性能及VGCF加入量对电极性能的影响。结果表明,添加一定量的VGCF,可以降低电极极化,提高空气电极性能。     

直流电压下SF_6气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理

为研究直流电场下SF_6气体中低压电极覆膜对金属微粒启举的影响机理,搭建了实验平台并使用高速摄像机记录运动轨迹。实验结果表明,随着SF_6气体压力的增大,微粒启举场强升高,且启举后到达高压电极的时间缩短。基于图像处理获得了微粒的瞬时位移,结合运动力学方程和最小二乘法提出了启举时电荷量的计算方法,微粒电荷量的计算分析表明启举时的电荷量减小。建立了覆膜后金属微粒周围电场分布的理论模型,电场分析表明金属微粒与薄膜间的电场明显增大及表面电荷密度分布的改变,使得金属微粒受到向下的极化作用力。研究认为:电荷量减小和极化作用力向下综合导致金属微粒的启举场强提高;覆膜后局部放电是金属微粒的带电机理;SF_6气体压力增大使得金属微粒发生局部放电的起始场强升高,导致极化作用力增大,需要更高场强发生启举。     

质子交换膜燃料电池电流分布研究

燃料电池电流分布直接反映电极表面的电化学过程,研究电流密度分布有助于分析电极过程的特征,有利于提高催化剂的利用率。采用电极催化区域分区的方法研究了气体流道区域与集流体区域电流分布的不同。分析了气体流道区域与集流体区域的电阻分布,考察了气体加湿及氧气供给对上述两区域电化学过程的影响。结果表明,小电流密度区间,气体无论是加湿还是干燥条件,电阻的影响要强于气体供给的影响,即集流体区域电流密度高于气体流道区域;而大的电流密度区间,电流在集流体区域与气体流道区域的分布决定于反应点的电阻及气体供给两种因素。     

基于多物理场耦合模型的车用PEMFC仿真研究

运用COMSOL软件建立了基于多物理场耦合模型的燃料电池仿真模型。基于多物理场耦合模型分析了燃料电池内部的流场和压力分布情况。研究了阳极和阴极内反应气体的浓度变化情况。分析了膜电极(MEA)内电流分布与反应气体浓度的关系。研究了燃料电池内部温度场和热流的分布情况。通过仿真研究加深了对燃料电池各个物理过程的理解,为优化燃料电池设计提供了参考。     

全钒液流电池三维模拟

通过全钒液流电池三维耦合反应模型的建立,研究了三种不同电池结构设计中电解液流场分布、电压分布、电流分布以及离子浓度分布。结果表明,电解液主管道至电极反应区横向导流槽的设计,有效提高了电池堆中电解液分配的均一性,降低反应浓差极化,提高电池充放电效率。     

雁门关直流接地极附近地表电位分布研究

超高压直流输电系统采用单极大地回线方式运行时,直流入地电流会造成接地极附近地表电位发生变化。不同地区由于土壤结构的差异,地表电位分布并不相同。为了研究雁门关换流站单极运行时地表电位变化规律,采用Wenner四电极法实测雁门关直流接地极附近土壤视在电阻率,建立了3层大地土壤水平分层模型,用CDEGS计算了接地极在额定电流下附近100Km范围内变电站、风电场、输气管道的电位分布,并定量给出了地表电位随距离变化的函数关系式。最后研究了注入电流、土壤电阻率、埋地金属管道对地表电位分布的影响。     

小孔气体扩散电极的放电机理探索

借鉴植物叶片高效传输的机理,以包含规则排列的贯通直孔的镍片作为骨架材料,与自制催化剂组成小孔气体扩散电极,在锌空气电池体系下与常规泡沫镍电极的放电性能进行比较,并考察不同孔径的小孔气体扩散电极之间的放电特征。结果表明,小孔气体扩散电极相比泡沫镍电极存在更好的放电性能,降低了电极在大电流密度工作时的极化过电位。当电流密度在低于1 000 mA/cm2工作时,放电性能与孔径大小成线性关系,孔径为50μm时,放电效率最佳。总结了小孔气体电极相对泡沫镍气体扩散电极放电效率明显改善,并随着孔径变化放电性能呈现尺度效应,内部结构稳定,间歇放电性能变化较小。     

直流工程接地极入地电流对埋地金属管道的影响

直流输电工程单极大地回线运行时,直流接地极入地电流对管网公司管道造成管道上设备异常和管道腐蚀两方面影响。利用CDEGS软件建立了直流接地极对埋地金属管道电磁影响的仿真计算模型,计算了直流接地极对管网公司管道的影响程度,分析了直流接地极附近管网公司金属管道设备异常原因。结合计算分析结果提出了限制直流输电系统对埋地金属管道影响的措施。     

两种常见接地极电流分布的探讨

针对目前接地极电流分布计算方法较为复杂等的不足,从电流场和静电场的等效性出发,探讨了水平直线和并联垂直型2种常见形状接地极导体中电流分布不均匀的问题,提出了计算电流分布的一种简化方法。根据电流场和静电场的等效性,将接地极等效为有限长的线电荷模型,根据力学平衡计算了模型上的电荷分布,由此得到入地电流沿接地极轴线的分布规律。结果表明,对于水平直线型接地极端部电流是中间部位的数倍,倍数随接地极长度的增加而增大;对并联的垂直接地极,电流分布的不均匀度随接地极根数的增加而增大,导体的利用率也随之降低。     

基于莫尔偏折的低温等离子体气体温度参数研究

放电等离子体有着非常广泛的实际工程应用价值,其内部温度特性是表征等离子体性质的一个重要参数。为了探明大气压下放电等离子体的气体温度空间分布特性参数,搭建了一套基于莫尔偏折原理的光学测试系统,对铜电极下小电流(0.1A)放电产生的低温等离子体进行了诊断。首先利用傅里叶变换和Abel逆变换,根据莫尔条纹图像提取了等离子体折射率分布曲线。然后通过求解等离子体物理方程,建立等离子体折射率与温度之间的对应关系。最后通过将折射率反演变换,重建出距下电极不同位置的等离子体气体温度分布,研究并分析温度随位置变化的趋势及原因。结果表明:在同一径向位置上,等离子体中心处温度最高,并向两边迅速递减。不同径向位置下的中心处最高温度范围约为1 400~1 600K。在竖直方向上,随着距下电极位置的距离增加,等离子体气体温度分布和直径都略微增加。     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。     

Modeling of DC corona discharge along an electrically conductiveflat plate with gas flow

The development of a corona discharge was evaluated numerically over a finite region of a semi-infinite flat plate having small (ohmic) surface conductivity with flowing gas. The model simulates a positive ion corona discharge (ionic wind) in the direction of gas flow generated by two parallel wires mounted flush with the surface of the plate. The deposition and removal of ions at the surface are permitted. Five coupled partial differential equations govern the gas phase model together with empirical equations for electrical discharge (Φ-I characteristic). Two voltage bias case studies were considered: first, the two electrodes have the same potential but are of opposite sign; and second, the positive electrode carries the full potential with the remaining electrode grounded. Several interesting effects are noted relating to the voltage and current distribution, surface potential, and free-stream velocity. Boundary layer development and surface shear are also discussed     

Top electrode dependence of forming gas annealing effects on ferroelectric films

Abstract

The effects of forming gas annealing have been studied on PZT [Pb(Zr,Ti)O₃] and SBT (SrBi₂Ta₂O₉) samples with a variety of top electrode materials. It's been found that forming gas annealing causes changes in the remanent polarization, coercive field, and leakage current in both types of samples, and these changes depend strongly on the top electrode material. Among the 6 electrode materials that we have studied (Pt, Au, Ag, Cu, Ni, and In₂O₃), Pt tends to lead to the most severe degradation, while the oxide electrode tends to withstand better the forming gas anneal. To explain the results, a model has been proposed which is based on the catalytic activities of the top electrode to dissociate hydrogen molecules into hydrogen atoms, and the latter then migrate into PZT or SBT films to cause oxygen deficiency.     

气体扩散电极理论电流密度的研究

为了探究气体扩散电极的放电过程,基于三相交界线概念和带状电极放电实验数据,提出了一种理想电极模型,并推算出该理想模型的理论电流密度约为4500mA／cm^2。对目前技术水平实验输出电流密度和理论电流密度之间的差异进行了讨论,定性分析了缺相等主要影响因素。