微通道型氨裂解制氢反应器的模拟分析

为优化微通道型氨裂解制氢反应器的性能,建立三维稳态多物理场耦合数值模型,模拟研究反应器内速度、密度、温度、浓度和反应速率的分布情况,以及流道长度和操作条件对NH 3转化率的影响。随着反应的进行,由入口沿着流道长度方向流体流速增加,密度则下降;温度梯度和浓度梯度在入口处附近最显著,氨裂解反应主要集中在微通道的前半段,在基准工况(温度773 K、压力101.325 kPa和流量400 mL/min)下,距离入口50%长度段内,至少有80%的NH_(3)发生了裂解;增加流道长度、升高温度、减少流量和降低压力都可提高NH 3转化率,其中温度的影响最大。当温度T≥823 K时,即使流量达到800 mL/min、压力在0.7 MPa下,NH_(3)的转化率也能达到83.79%。

薄膜PEMFC无加湿运行工况区间研究

为探究相对湿度对薄膜质子交换膜燃料电池性能的影响,建立了阴阳极流场流道相互垂直形式的薄膜燃料电池三维稳态模型进行模拟研究,同时以相同结构的电堆进行实验验证。结果表明:对于12μm薄膜质子交换膜燃料电池(PEMFC),在一定背压(100~250 kPa)与温度范围(70~90℃)内,以及阴极相对湿度为0/100%、阳极相对湿度为0运行时,I-V曲线上存在加湿后性能提升、不变及下降三个区间;加湿后性能提升与不变区间随温度升高而减小,随压力增大而增大;加湿后性能下降区间随温度升高而增大,随压力增大而减小。在80℃、150 kPa条件下,电池在低于1200 mA/cm^(2)运行,加湿后性能略有提升,在1200~1400 mA/cm^(2)加湿后性能没有变化,在高于1400 mA/cm^(2)加湿后性能下降。说明该结构的电池可以实现无加湿运行。

工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。

质子交换膜燃料电池梯度扩散层水传输研究

为考察梯度扩散层排水能力,通过自制的测试装置测量了梯度扩散层液态水爆破压力和临界相饱和度;通过称重法测量了梯度扩散层液态水的残留量,并对梯度扩散层液态水过水流率和液态水残留量进行了理论计算.结果表明:与均匀扩散层比较,梯度扩散层能提高液态水排水量,降低液态水残留量.理论计算的两种结构梯度扩散层的液态水过水流率比均匀扩散层分别增加了152.82%和171.85%,液态水的残留量分别减少了23.73%和35.42%;由梯度扩散层组装的燃料电池比普通电池具有更好的性能.

PEMFC自增湿膜水传输研究

PEM燃料电池正常运行时,电池中的质子交换膜应该得到充分润湿。基于Springer模型,推导出膜中磺酸基团所带水分子数沿着膜厚方向的分布方程。考虑膜厚、温度和电流密度等因素的影响,分析膜中水传输的规律,得到了极限状况下膜的润湿状态。结论认为膜越薄越容易自润湿;膜越薄、电流密度越大,则膜自润湿所需时间越短,当膜厚小于15μm,电流密度大于0.6 A/cm2时,膜自润湿所需时间会急剧减少。结论对于PEM燃料电池的设计和操作具有一定的指导意义。

具有梯度结构扩散层的质子交换膜燃料电池性能研究

为了考察质子交换膜燃料电池气体扩散层孔隙率的梯度变化对扩散层排水、导电、导气以及电池整体性能的影响,在综合考虑电化学反应、水的生成、相变及传输、氧气传输、膜中水传输等因素的基础上,研究了扩散层孔隙率沿厚度方向梯度变化时燃料电池内部的传输现象和电池性能.结果表明,梯度扩散层能够提高液态水和气体的通过能力,从而提高电池的性能,且孔隙率梯度越大排水性能越好.

Wilson's病的病理生理学及临床特征

Wilson's病是一种较少见的常染色体隐性遗传的铜代谢疾病。由于铜转运基因 ATP7B发生突变而导致了肝的铜分泌失衡 ,铜元素在肝、脑和其他组织中蓄积导致了较广泛的肝、神经、精神和其他临床症状 。

质子交换膜燃料电池堆压力及流量分布规律

针对质子交换膜燃料电池堆各单电池的反应气体流量均匀是保证电池堆高效、稳定运行的关键因素之一,通过简化的电池堆气场系统模型,研究了等截面和变截面进气总管在U型和Z型两种进气方式时电池堆内部压力分布以及各单电池流量分配规律。研究结果表明,具有一定锥度结构的变截面进气总管在U型进气方式时,电池堆沿进气总管长度方向的压力分布比较均匀,压力损失较小,电池堆各单电池的气体流量较其他形式均匀。

PEMFC气体扩散场数值模拟

为达到催化层表面的氧气浓度的均匀性最优,利用CFD软件对质子交换膜燃料电池气体扩散场进行数值模拟,对流道型式、流道截面尺寸和扩散层孔隙度与孔径等参数进行优化设计。研究结果对燃料电池气体扩散场的设计具有一定参考意义。

PEMFC中水的饱和蒸汽压力与其中多孔介质特征关系研究

质子交换膜燃料电池(PEM FC)水管理是电池能否良好运行的关键.根据催化层微观结构模型,分析了其中电化学反应生成水的传递方式;又据催化层、扩散亚层和扩散层多孔介质材料的亲水性和憎水性,计算了多孔材料中孔径对饱和蒸汽压力的影响.认为电化学反应生成的水可能是气态也可能是液态;材料亲、憎水性和孔径对饱和蒸汽压力有巨大的影响.为了在PEM FC中更精确地构造反应物和生成物的流通通道,微观上研究水的相变和二相流是必须的,因此应构造新的相变和二相流模型.

质子交换膜燃料电池水管理研究

水管理是质子交换膜燃料电池(PEM FC)可靠运行的关键,既维持适当的膜的水合程度,又不致水淹电极,是水管理的理想状况.燃料电池作为一个多相、多尺度、多物理场、动态复杂系统,其中的流动、传热、传质、相变、多相流和电化学过程相互影响、相互联系、相互制约.就PEM FC内流体流动,物质的传输,热量生成和传递,水的相变及两相流,电化学反应等方面综述了目前的研究进展,权衡利弊,以期达到最佳的燃料电池电化学性能.

质子交换膜燃料电池流场及气场系统优化设计

将各气场部件作为一个完整的系统考虑,分层次进行气场均匀性设计.首先对外置型空气进气箱结构进行优化设计,使得各单电池的进口流量均匀性得到较大提高;然后对气场的流道型式(直型、蛇型、交指型、单进口、多进口)、尺寸和流动方式(顺流、逆流)以及扩散层的厚度、孔径、孔隙率和分布形态对气场均匀性的影响以统一模型描述,利用CFD软件对流道形式、流道截面尺寸和扩散层孔隙度与孔径等参数进行优化设计,认为计算的3种几何模型中直流道催化层表面氧气浓度分布相对比较均匀;流道宽度减少流道条数增多、扩散层孔隙率和孔径适当减小等都可使得催化层表面氧浓度分布均匀性提高.研究结果对燃料电池气体扩散场的设计具有一定参考意义.

PEMFC梯度扩散层水传输模型的研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC:Proton Exchanges Membrane Fuel Cell)水管理是其可靠高效运行的关键,利用多孔介质毛细压力理论建立了PEMFC梯度扩散层液态水传输模型。在此基础上计算了催化层/扩散层和扩散层/流道界面上相饱和度差值为一定值时不同结构扩散层的液态水通过能力,就扩散层孔隙率对液态水传输的影响进行了分析。认为扩散层的过水流量随孔隙率的增加而增加,同时又随孔隙率的增加而增加。即如果扩散层具有较大孔隙率和较大孔隙率梯度,PEMFC可以发出更大的电流密度,而膜电极可能不会产生水淹现象。

燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态(State of Charge, SOC)极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。

可调桨船舶主推进装置运行工况优化研究

将航行工况当作变量之一 ,分别建立了主推进装置耗油量最小和推力最大时的优化控制程序的数学模型 ;在对模型特性分析之后编制了有关参数的回归计算程序和模型求解程序 ,并应用于某装配了可调桨装置的消防船 ,表明软件具有一定的实用性。

PEMFC传输现象动态特征研究

PEMFC传输现象动态特征对于理解其运行机理进而实行优化控制非常重要。通过一单流道单电池三维模型，考虑反应气体相对湿度的变化以及电池电流密度的变化，模拟了电池内部膜阴极表面磺酸基团水分子数、氧气扩散、流道内进出口压力、气体流率等传输现象的动态过程。结论对于相关研究具有参考意义。