基于两相混合流理论PEMFC含水量特性分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中有效的水管理(尤其是两相水管理))和电池系统内部良好的水平衡是确保电池稳定运行及具有优良性能的关键因素之一。采用气液两相层流假设,使用两相混合流理论,建立了单流道常规流场质子交换膜燃料电池阳极出口端封闭的三维两相流等温数学模型,对三维空间中水的两相传递和分布特性进行分析,探讨不同湿度、不同温度下电极中液态水饱和度以及含水量的浓度变化。     

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。     

质子交换膜燃料电池水热管理特性研究

质子交换膜燃料电池水热管理问题是影响电池输出性能的一个重要因素。建立了带冷却流道的三维、两相、非等温单直流道PEMFC模型,并运用计算流体力学(CFD)对燃料电池进行数值模拟,以温度、物质质量分数、膜水含量等水热管理关键因素揭示电池内部传质传热过程和电化学特性。同时研究了不同反应气体进气方式、冷却水流动方向及冷却水温度对PEMFC输出性能的影响,为燃料电池的水热管理优化、实现产业跃进式发展提供参考。结果表明：若燃料电池产物水未及时排除,阴极侧流道尾端易出现水淹现象;当PEMFC采用同向顺流或同向逆流模式时,当冷却水温度等于电池工作温度(353 K),膜温度和水含量分布较为均匀,燃料电池的输出性能较好。     

PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

质子交换膜燃料电池阴极液态水传输模型

通过分析确定了质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极膜/扩散层界面和流道/扩散层界面出现液态水的临界电流密度值与阴极反应气体流速的关系。建立了阴极液态水传输模型。模型分析得到,在相同电流密度下,阴极膜/扩散层界面的饱和度高于流道/扩散层界面;随电池温度的升高和入口气体相对湿度的降低,膜/扩散层界面水饱和度下降。同时基于文中条件,由水饱和度的瞬态特性分析表明,在较短的时间内水饱和度达到稳态。这些结果将为电池水管理提供依据。     

燃料电池系统膜加湿器的研究进展

介绍了燃料电池系统膜加湿器的结构形式及流道设计,分析了加湿膜的水传输特性并对几种不同的膜及其特性进行了比较。系统综述了实验条件下气体流速、温度、压力、相对湿度及其他因素对膜加湿器加湿性能的影响,探讨了今后膜加湿器研究的方向。     

流道截面形状对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池内电化学反应生成的水和热量会对电池性能产生较大影响,而流道截面形状是影响电化学反应的因素之一.利用FLUENT软件计算了采用不同截面形状流道的质子交换膜燃料电池,获得电池电压-电流(U-(I))曲线,并分析中电流密度下不同流道电池内温度场的分布,研究了在中、高电流密度下梯形流道和圆形流道对电池内水含量分布的影响.结果表明,流道形状对电池性能影响一方面体现在流道与扩散层接触面积越大则电流密度越大,另一方面底部为弧形和侧壁倾斜的梯形流道可在一定程度上降低膜内中心部位水含量.     

Cu2S膜层的电接触特性

本文用四点法对Cu_2S膜层的电击穿现象作了实验研究;用全息检测技术对触点附近的热变形进行了检测。根据试验结果,作者分析了Cu_2S膜层的电击穿,触点处热变形的特点以及温度场的分布情况。从而得出以下结论: ①触点处的温度场是局限于触点附近而梯度变化极大的一个温度场,使触点局部区域温度急骤上升,铜急速软化。 ②在电场与温度场的共同作用下,触点通常都会发生击穿现象,使电阻变为非线性。在电流极小、膜层较厚的情况下,表现为热击穿;在电流较大、膜层较薄的情况下,表现为本征击穿。     

质子交换膜燃料电池希尔伯特分形流道的设计和工作性能研究

质子交换膜燃料电池是一种以氢气为燃料,将化学能直接转换成电能的装置。本文研究了希尔伯特流道的设计方法,并通过数值计算和实验测试,对比分析了单希尔伯特、复合希尔伯特流道与传统的平行流道和蛇形流道在水分分布、内部压降、温度影响以及燃料电池的输出电流的关系。研究表明,希尔伯特流道,尤其是复合希尔伯特流道适合作为燃料电池的流道,可以获得良好的工作性能。     

PEMFC新型流场的设计与数值模拟

质子交换膜燃料电池流场的主要功能是为燃料电池提供反应物和生成物流动的场所.流场决定着质子交换膜燃料电池内部的物料分布.流场设计的优劣直接影响着电池的性能.利用FLUENT12.0进行了模拟,针对在反应中形成的气泡流,提出一种能够有效排除第二相的方案,即加入了副流道的设计.新型流场保留了传统流场的流道,并在脊上打出副流道入口通道.该种新型流场能较高地提高电池的性能,其原因为具有主副双流道的新型流场能够更有效地促进反应物氧气的排除和生成物水的排除.较传统流场相比,新型流场的流道截面上氧气的平均摩尔分数提高了16.4％,水的平均摩尔分数降低了66％,电流密度提高了20％.     

基于戴维南等值的配电网合环冲击电流计算

针对合环操作冲击电流可能越限的问题,提出一种基于戴维南等值的冲击电流计算方法。该方法以戴维南定理为基础建立数学模型,采用网络潮流计算求得其中的等值电势,采用节点阻抗矩阵求得其中等值阻抗,继而推导出冲击电流和稳态环流的对应关系,并利用电流分布系数法研究合环支路冲击电流对其它支路的影响。针对配电网没有馈线负荷量测的问题,将馈线负荷分别集中于两侧馈线的首末相异端,由潮流计算直接获取馈线合环稳态电流最大值,并进一步求得冲击电流的最大值。通过实际算例仿真,验证了所述方法的正确性和有效性,对实际配电网的调度运行具有一定的指导意义。     

抑制永磁体局部温升最高点的不均匀轴向分段技术

针对永磁体局部温升过高易导致永磁体局部过热退磁的问题,提出一种抑制永磁体局部温升最高点的永磁体不均匀轴向分段技术。在考虑了永磁体涡流损耗分布特性的基础上,使用迭代热计算方法,研究了未分段情况下的永磁体温升分布情况,并通过在线温升测量验证了其计算的准确性。根据永磁体涡流损耗密度计算公式和温升计算结果,给出了永磁体不均匀轴向分段技术流程图,并使用该技术来抑制永磁体局部温升最高点,使永磁体的最高温度降低了12.63℃,温差降低了2.26 K,温升分布更加均匀、合理。     

基于STM32L152的低功耗超声波热量表的设计

针对目前市场上的超声波热量表存在精度低、功耗高和运算时间长的问题,设计了一种基于STM32L152和TDC‐GP22的低功耗超声波热量表,利用时差法超声波流量测量原理和电容充放电原理实现了流量、温度和热量的测量。设计的热量表包括了流量测量、温度测量、通信模块和人机交互模块,详细介绍了热量表的硬件电路设计和软件设计。最后的实验结果表明,流量测量误差在1％以内,并且在19000mAh的电池供电情况下,热量表可以连续工作9年,使超声波热量表具备了高精度、低功耗等优点,具有良好的应用前景。     

基于LSTSVR模型的边缘计算预测变压器平均油温及绕组热点温度

变压器绕组的热点温度过高,会导致变压器绝缘脆解、裂化甚至击穿短路。因此及时、准确地预测出变压器绕组的热点温度,对提高变压器运行的安全可靠性至关重要。利用最小二乘双支持向量回归机(LSTSVR)作为边缘计算模型,将变压器油中气体色谱分析数据信息与变压器负载电流、环境温度、顶层油温、上死角温度等变压器运行信息结合,构建监测系统架构,预测变压器的平均油温,并计算出绕组热点温度。将所提方法得到的数据与实测数据进行对比,结果利用LSTSVR模型实现了变压器平均油温及绕组热点温度的准确预测,且该模型的预测精度优于最小二乘支持向量回归机模型,有效地提高了绕组热点温度测量的精度。现场实例也证明了所提方法的有效性和可靠性。     

红外测温技术在复合绝缘子检测中的应用

分析了广东佛山供电局220kV和北京超高压公司500kV故障复合绝缘子的红外测温结果,说明红外测温技术能够实现远距离、大面积快速扫描,是发现复合绝缘子内部缺陷的有效手段。同时将红外测温结果和电场分布测量结果进行了比较,表明红外测温技术可以发现局部发热的内绝缘缺陷,电场分布测量法可发现导通性通道的内绝缘缺陷。     

基于FPGA的红外热成像温度检测算法研究

以非制式冷红外焦平面技术为基础的非制冷式热成像仪以其价格低、体积小的优势,在非接触式测温领域得到广泛的应用。目前市面上的热成像仪对温差的识别非常敏感,但是无法通过从热成像仪获得的电信号数据得知目标的具体温度。而能够进行非接触式测温的成品热成像仪不仅价格高昂,而且保密的封装使得二次开发的难度较大。基于以上问题,本文搭建基于FPGA和MATALB的热成像系统,得到了一种温度检测算法的获取方法。通过该实验方法来取得由电信号转换为具体温度的算法及其关键系数。实验结果表明,该温度算法的误差较小,在温度测量预警系统有较强的工程意义。     

质子交换膜燃料电池膜电极的形变量研究

通过实验的方法测量了质子交换膜燃料电池(PEMFC)工况条件下膜电极(MEA)在不同压差下的形变量.基于力学中固定梁模型建立了MEA形变与其两侧压差之间的关系,并应用泰勒公式展开对挠曲变形进行一阶近似修正,可预测不同压力差或流道宽度时对应MEA的挠度曲线,为流场设计提供可靠依据.     

基于FVM的油浸风冷变压器测温研究

以一台31500k VA自然油风冷变压器为仿真对象,应用控制体积法仿真计算变压器的三维温度场,得到在不同负载、不同环境温度下的热点温度及位置,并将仿真结果与传统计算结果、实验结果进行了对比,得出仿真结果更接近实际值,同时分析了负载、环境温度以及散热器对绕组热点温度的影响,对变压器测温系统有一定的的指导意义。利用是否加散热器仿真不同散热条件,得出在同一绕组的不同位置即相间和正对油箱的位置温度不同,且相间的温度稍高一些,在不同散热条件下,位置略有变化。     

面向精密分析仪器的加热炉体温度场分布特征研究

热分析仪属于精密分析仪器,需要具有较高的测试分析性能要求,对热分析仪器炉体温度场分布特征的研究是实现其精密计量分析的必要前提条件。传统的炉体由于气流对温度分布的影响,容易产生测量误差。对炉体结构进行适当调整,可提高仪器的分析精度,改变其温漂特性。建立了炉体三维优化分布模型,应用有限元分析软件中的热分析模块对温度场进行分析。通过对热分析仪器的热力学分析、传热方式研究、不同进气流量下的炉腔温度场分析,阐述了热分析炉体温度场分布与气氛流量、炉体方向等之间的热传导关系。这一分析方法和理论结果可作为热分析仪器炉体温度场、炉内均温区分布情况的参考,为仪器的温度测量的可靠性、准确性、热分析仪的温度控制等研究提供依据。     

基于二维回归分析法的霍尔电流传感器温度补偿

霍尔电流传感器受温度影响比较大,因此需要对该传感器进行温度补偿。本文在恒温场中对霍尔电流传感器施加不同的测试电流,用温度传感器监测它的工作温度,根据监测结果采用二维回归分析法建立起被测电流、霍尔电流传感器输出电压和其丁作温度之间的函数关系并进行数据融合处理,削弱温度对该电流传感器的干扰。融合结果表明,补偿后比补偿前该电流传感器的测量精度提高了1～2个数量级。将该算法存储到单片机中,通过硬件电路实现对两传感器采集数据的实时处理,使得该传感测试系统具有一定的自适应能力。同以往的方法相比,该软件补偿方法更能满足实际测量的要求。