百瓦级新型金属双极板PEM燃料电池堆研制

研制了采用冲压成型薄型金属双极板的百瓦级质子交换膜(PEM)燃料电池堆。对电池堆进行了不同操作条件下的性能测试研究。实验结果表明,所采用金属双极板材料能够在质子交换膜燃料电池工作环境下长时间稳定运行。     

燃料电池金属双极板精密冲压成型缺陷研究

金属双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件。精密冲压成型具有高生产效率、低成本、较好成型精度等优点,是金属双极板的主要制造技术。建立了金属板冲压有限元仿真计算模型,模拟了冲压成型后双极板表面变形、流道深度不一致等缺陷。在压力机上冲压制造了流道宽度1.1 mm、深度0.3 mm的金属双极板样件,并采用超景深显微镜和轮廓仪测量了双极板表面微流道形貌。测量结果表明冲压成型的双极板表面出现明显的凸出变形,且横截面流道深度不均匀,测得流道深度差值最大为0.04 mm。     

质子交换膜燃料电池双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原剂、使生成的水顺利排出、分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用。质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响。双极板材料主要有无孔石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较。流场设计目前采用较多的是蛇形流场,其它的还有网格状流场、叉指形和肺形等。     

质子交换膜燃料电池金属双极板制造方法综述

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,双极板性能的好坏直接影响电池堆的输出功率和使用寿命,因此寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料及其成形方法已成为燃料电池产业化技术研究中的重要课题。金属由于具有高电导率、高热导率、高强度、气密性好以及易加工成形等优点,已引起广大研究者的重视。介绍了几种金属双极板材料及其成形方法,并分析各自优缺点,指出了金属双极板的未来发展方向。     

PEM燃料电池双极板流场结构研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池中起着分配反应气体、导电、导热及使水、气安全顺利排出等功能,流场结构构成了双极板最主要的特征。综述了相关文献和专利,介绍了典型的燃料电池流场结构及基于此种流场的改进流场,并对新型流场做了介绍,为质子交换膜燃料电池流场的设计、性能的研究提供参考。     

PEM燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

PEMFC金属双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一,占电池组大部分质量和成本,具有隔离并均匀分配反应气体、收集并导出电流、串联各单电池等功能.金属双极板具有导电导热性能好、资源丰富、强度高、阻气性好以及易加工等优点,被认为是质子交换膜燃料电池商品化的必然选择.综述了现阶段金属双极板的材料、制备方法和性能评价方法,指出了相关研究领域的发展方向.     

基于树状分形流场的PEMFC传质性能分析

双极板的设计和其流场几何形状对质子交换膜燃料(PEMFC)电池的工作性能有着直接的影响。改进流场形状对电池的功率密度,反应物的运输起着重要的作用。将树状分形引入交指形流场的设计,通过对比分析,得出基于树状分形的交指形流场的质子交换膜燃料电池功率密度比交指流场的高了36.7%,并在一定范围内提高了氢气的利用率和质子交换膜的水含量。     

风冷燃料电池结构优化及装配压力设计

风冷质子交换膜燃料电池简化了传统燃料电池的结构，极大地增强了其便携性而备受关注。风冷燃料电池的装配压力以及密封件的设计对于电池的性能具有重要影响。通过建立三维模型，运用有限元方法对风冷石墨流场板及密封件进行结构力学仿真分析。结果表明当直流道石墨流场板中密封圈的厚度为0.50 mm，双极板长度为225mm，装配压力为2.5 MPa时，风冷燃料电池双极板应力分布均匀性最好，电池性能最优。     

质子交换膜燃料电池的研究开发及应用新进展

介绍了国内外研究质子交换膜燃料电池的整体现状及水平 ,从电催化剂、膜电极及其制备工艺、质子交换膜以及双极板等几个方面 ,综述了质子交换膜燃料电池在材料及部件方面取得的成绩及研究现状 ,概述了质子交换膜燃料电池目前在电动车、船舶、移动电源等方面的应用情况。提出了我国质子交换膜燃料电池的发展方向     

典型汽车螺纹板成型的数值模拟与工艺改进

传统的螺纹板成型工艺通过焊接将螺母固定在板料上,其缺点是联结强度和定位精度不高,成型效率低,外表不美观.采用板料一体成型的新方法,通过板料拉深、整型、冲孔、镦挤出凸台,这种方法虽弥补了传统工艺的不足,但成型困难.为了在工艺设计阶段及时发现缺陷,采用有限元数值模拟对板料一体成型过程进行预测与评估,提出工艺改进方案以消除缺陷,并且给出了成型力以选择合适的压力设备.     

Modal validation of a cantilever-plate bimorph actuator illustrating sensitivity to 3D characterisation

A dynamic finite element (FE) model of a small piezoelectric plate actuator with cantilever boundary conditions is validated experimentally using operating modes, as the scale of the device prevents conventional modal excitation. A general methodology is presented for assembly of 3D modal response of the plate surface from single-point laser vibrometer data, which is an economical alternative to the automated process provided by scanning vibrometers. 1D blocked force and 2D beam assumptions prove insufficient for validation due to modes both in the length and width of the device in operation. The model is validated in the audible frequency range encompassing 12 experimental operating modes. It is shown that when conducting validation using operating modes, the experimental results, simulated frequency response and FE eigenmodes must all be compared. Discrepancies between FE and experiment are identified and attributed to manufacturing imperfections above modelling errors.     

浅谈磁通切换型轴向磁场永磁电机有限元计算

为了对磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机有限元计算过程中电机外围漏磁和剖分精度等问题进行研究,基于有限元计算结果,试制了一台三相12/10极AFFSPM电机样机,并对样机的感应电势进行实测。经过比较感应电势的计算与实测结果,得出在电机有限元模型外围加适当尺寸的虚拟空气罩来计及电机外围漏磁的处理方法是可行的;通过将不同剖分精度下参量的计算结果与其解析结果相比较,并综合比较其自身的变化趋势而得出的剖分精度能够满足设计需要,为AFFSPM电机的深入研究奠定基础。     

有限元法分析金属杂质对电力电容器元件内部电场的影响

用试验方法直接研究杂质对电力电容器元件内部电场的影响难度大,所以在考虑极板边缘结构的情况下,运用分析结构复杂模型有优势的有限元法进行电场仿真计算。通过有限元法对元件内部电场的计算结果以及电容器的实际运行经验,验证了改进元件模型的合理性。通过仿真计算结果,得到了不同粒径的金属杂质位于不同位置对电场分布的影响规律,为提高电容器的绝缘设计及生产工艺奠定了理论基础。     

多回直流输电线路的离子流场计算(英文)

An upwind finite element(FE)based algorithm to calculate the ion flow field in the vicinity of multi-circuit DC transmission lines is described.The initial value estimation and boundary condition are optimized,so details of the transmission lines such as bundle conductors and ground wires can be taken into account in the simulation model.Comparison between measured and computed ground level total electrical field and ion current density shows satisfactory agreement.The ion flow field of a ±500 kV HVDC project with bipolar lines on the same tower is simulated.The total electrical field and ion current density on ground level are compared among different line arrangements.     

Investigation on the power-handling capacity of a class of E-plane millimetre-wave filters using finite element modelling

An approach, based on the finite element method (FEM), is used for evaluating the electromagnetic field distribution in a class of E-plane metal insert filters, operating in the Ka-band. Artificial boundary conditions are inserted directly in a functional, enabling a solution of the scalar wave equation by finite element method. The scattering parameters of the filter, the electromagnetic field and, therefore, the current distributions on the thin metal inserts are computed. Then, the power dissipated in the metallic septa, which is one of the major limitations for the maximum CW-power that can be handled by these types of filter, is evaluated using a perturbational approach. Finally, the maximum field intensity is determined, allowing an estimate of the maximum peak power that these structures can handle.     

非线性应力管电缆终端的电-热场分析

笔者基于变分原理,推导了非线性的时域有限元电场计算方程和稳态热场有限元方程,分别利用商用软件Integrated Engineering Software和有温度分布解析解的轴对称电缆结构验证了编制程序的正确性,并利用该方法分析了含线性、非线性以及复合结构的应力管时的电缆终端电场和热场分布.分析结果表明,线性、非线性以...     

环氧绝缘干式变压器线圈固化过程温度场仿真研究

为了防止生产过程中干式变压器树脂线圈的开裂、缩孔、白斑等问题,笔者研究了产生开裂等缺陷的形成内因,并根据于式变压器线圈材料性能随温度变化的特性,采用非线性分析建立了线圈浇注、固化、冷却过程瞬态温度场、热应力场三维有限元模型,并确定温度场中初始条件、边界条件,设计了一种有效模拟干式变压器浇注、固化、冷却过程中三维温度场和应力场分布的方法模拟其内部分布,从而改进干式变压器的工艺参数和性能并减少开裂等缺陷的产生。实验表明该仿真能够较好地再现线圈固化过程中的温度场和应力场分布。     

基于应变场强法的涡轮盘-片疲劳／蠕变寿命预测

针对某燃气轮机动力涡轮工作叶片及轮盘,建立了耦合场及接触有限元模型。选取该装置典型启动过程作为计算载荷,并综合考虑了涡轮盘一片工作时承受的离心负荷、气流力、热负荷,进行热弹塑性有限元分析。根据分析结果,采用应变场强法对盘片危险部位进行了高温低循环疲劳／蠕变寿命预测。结果表明,有限元分析能比较全面精确地反映装置实际情况,因而寿命计算确保了预测的正确性和可信度。     

考虑电流谐波的永磁同步电机电磁振动和噪声半解析模型

提出了一种永磁同步电机快速半解析计算模型,可以分析常见的电流谐波对振动和噪声的影响,并提高了计算效率。首先通过解析和有限元相结合的方法计算了永磁体磁通密度和气隙比磁导,并建立了考虑任意电流波形的电枢磁通密度的解析模型,通过麦克斯韦应力张量方程计算径向电磁力,与有限元计算的电磁力吻合较好。其次通过二维傅里叶变换得到了特定空间阶数电磁力的频率成分,并基于壳体振动和声辐射模型分别计算了定子表面振动和噪声,计算结果能够反映实测振动噪声的主要峰值和分布。最后分析了电流谐波引起的振动噪声的阶次特征和峰值变化。该文提出的半解析模型为在设计阶段考虑电机的振动和噪声提出了一种有效分析方法。