中红外层析吸收光谱技术应用于甲烷掺氨层流预混火焰温度测量

氨(NH3)是一种代表性的零碳燃料,其完全燃烧产物为水(H_(2)O(g))和氮气。由于其独特的零碳排放优势,近年来,NH3已在热力锅炉、内燃机和工业窑炉中实现高比例掺烧的减排应用。由于火焰温度与燃烧效率和污染物生成密切相关,因此亟须精准的实验数据以实现对燃烧过程的主动控制。本文开发了基于中红外层析吸收光谱技术的测量系统,通过跃迁谱线分析,优选了H_(2)O在基频谱带(v3)内2482 nm附近的吸收谱线开展吸收光谱测量。采用多个Voigt线型函数实现H_(2)O光谱重叠吸收特征的精确拟合,并结合阿贝尔逆变换和正则化技术实现了不同掺氨比燃烧工况下火焰温度的免标定、定量测量。实验结果表明纯氨燃料和甲烷/氨气混合燃料的火焰面位置位于燃烧器上方高度的0.5~2 mm之间,当体积掺氨比从20%向100%增大时,火焰面逐渐远离燃烧器,同时火焰最高温度大约从1600 K上升至2000 K。本文开发的测量方法与系统,不仅能捕捉到层流预混火焰沿着轴向和径向的非均匀温度分布,还能分辨出不同燃烧工况下的火焰温度差异,特别适合零碳氨燃料火焰温度测量。

氨氢融合新能源交叉科学前沿战略研究

2022年3月23日,国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021~2035年)》,明确了氢能是国家能源体系的重要组成部分.最近20多年来,氢能基础设施建设、氢能关键材料与核心部件、氢能汽车产业发展、氢能储运技术等方面国内外取得了长足的进展.但目前在世界范围内,氢能产业发展仍然面临着氢跨区域、高安全、低成本、大规模储运难的重大瓶颈^([1~4]).

厚/薄铺层混杂复合材料层合板低速冲击损伤及冲击后压缩特性研究

相对于传统厚铺层碳纤维增强树脂基复合材料,薄铺层复合材料具有明显的损伤抑制效应,在诸多力学性能方面表现更为优异。基于准各项同性厚铺层层合板,采用“离散”与“聚集”2种薄层嵌入厚层的方式衍生出的2种厚/薄层混杂层合板,研究低能量冲击载荷作用下的复合材料结构的损伤程度和分布特征以及冲击后的剩余压缩性能。实验获取了冲击与准静态压缩实验过程的力学响应;超声C扫与热揭层实验揭示了3类含冲击损伤复合材料层合板的分层损伤形貌特征,量化了损伤尺寸大小。实验结果分析表明:薄层的“离散”与“聚集”2种嵌入厚层的方式,充分利用了薄铺层复合材料的损伤抑制效应,改变了复合材料结构分层损伤的中心对称分布特征与特征分层损伤沿厚度方向分布位置,改善了复合材料层合板的剩余压缩性能。

车用锂离子电池组液冷散热系统设计与优化

目的解决传统热管理系统中锂离子电池组在充放电过程中温度过高、温差过大等问题。方法以液冷方式为主要手段,在传统蛇形冷却通道的基础上设计1种单流入单流出的微通道结构和2种双流入单流出的微通道结构,并采用新型高导热材料石墨烯薄膜作为散热辅助材料。基于有限元仿真软件从电池组的最高温度、温差、温升和流体压力4个角度进行比较分析。结果优化后电池组的最高温度由36.4℃降至36℃,温差由8.7℃降至3.9℃,电池组的散热能力及温度一致性得到提高。结论双流入单流出结构优于单流入单流出结构,其中双波纹蛇形为最佳的液冷微通道结构,石墨烯薄膜的采用可进一步提高电池组的温度一致性。

PEMFC系统建模与空气供给子系统氧气过量比的控制

针对质子交换膜燃料电池空气供给子系统氧气过量比的控制问题,首先,建立面向控制的质子交换膜燃料电池系统的四阶非线性动态模型,构建电堆负载电流与最佳氧气过量比之间的拟合曲线方程;随后,设计一种采用新型复合趋近律的滑模控制器,并利用沙丘猫群优化算法对滑模控制中的参数进行寻优和整定;最后,对改进后的滑模控制器进行仿真验证,并与PID和其余3种滑模控制进行对比分析。仿真结果表明:当电堆负载电流变化时,改进后的滑模控制器可根据阴极流量偏差参数调节空压机的驱动电压,此时系统实时氧气过量比会迅速向最佳氧气过量比靠近,可将其两者之间的偏差控制0.1%之内,其所需的平均调节时间和误差性能指标均优于对比组。

关于质子交换膜燃料电池膜的扫描电子显微镜图像的荷电现象研究

利用蔡司GeminiSEM500场发射扫描电子显微镜观察不导电的质子交换膜燃料电池基底膜在喷镀处理前后,使用不同的二次电子探测器观察图像的荷电情况。结果显示:inlens模式下,即使对隔膜做了喷镀处理,荷电现象依然很明显;而使用SE2模式拍摄的图片,即使是未做喷镀处理,图像的荷电现象明显减少。分析不同的加速电压下,不同的镜筒拍摄模式拍摄的图片的荷电情况,结果显示:随着加速电压增大,图片的荷电效应越大;降低加速电压,可以明显减轻图像的荷电现象,在合适的电压下,对于导电性较差的隔膜样品,使用SE2模式拍摄下,即使不做喷镀处理也可以有效消除图像的荷电现象。

基于TLGWO-SVM的光纤Bragg光栅传感器故障诊断

为了快速准确地识别光纤Bragg光栅(FBG)传感器故障,提出一种基于教与学算法改进灰狼算法优化支持向量机的故障诊断方法。该方法首先利用经验模态分解将信号分解为若干个本征模态函数,并计算其对应的多尺度近似熵,从而得到故障特征向量;其次,构建支持向量机故障诊断模型,利用教与学改进的灰狼算法对支持向量机的参数进行迭代寻优;最后,将FBG传感器的原始测量信号输入故障诊断模型,可以有效区分传感器正常状态和啁啾故障状态,并与广泛使用的算法进行了对比分析。结果表明,该方法能够更精准、更迅速地对FBG传感器的故障进行识别,具有一定的工程参考价值。

基于复合材料Ⅰ型分层损伤机制的解耦内聚力方法

分层损伤是航空航天复合材料结构分层的主要损伤模式之一。Ⅰ型分层具有起始断裂韧性值低,损伤模式复杂的特征,深入分析裂纹尖端损伤区多种损伤机制之间的相互关系及纤维桥接损伤演化过程,对研究Ⅰ型分层损伤起关键作用。本文针对性采用3种不同层间铺层(0//0、0//45、0//90)设计T700级碳纤维/环氧复合材料层合板并开展Ⅰ型分层测试。通过观测分层起始及损伤演化过程,总结标准双悬臂梁(DCB)试验结果载荷位移曲线及R曲线规律,并根据试样断口形貌、SEM等多种表征方法分析,揭示了裂纹尖端的损伤机制。在此基础上提出了一种分层损伤机制解耦的新方法。该方法基于3个双线性内聚力本构叠加,通过建立内聚力单元模型来解耦不同损伤尺度的分层损伤机制,独立表征了不同损伤机制在分层扩展过程中所作的贡献。仿真模拟所需参数均可从试验获得,计算得到的仿真结果与试验结果具有良好的一致性。

PEMFC热管理系统建模与控制策略研究

以100 kW的质子交换膜氢燃料电池为研究对象,设计大小循环结构热管理系统,进行PEMFC电堆散热分析与关键部件选型,基于Amesim平台搭建热管理子系统一维模型并引入氢燃料汽车模型和驾驶员模型,降低了建模难度。基于该模型,设计模糊控制器并采用鲸鱼优化算法优化其隶属度函数,通过控制散热风扇和冷却水泵的转速来调节PEMFC电堆的温度。同时,在自定义工况和NEDC工况下,进行Amesim/Simulink联合仿真分析,仿真结果表明:在两种工况下,改进后的模糊控制器控制性能更好,温度变化更平稳,热管理系统稳定性更好,同时在工况剧烈变化时,PEMFC电堆温度也会出现小幅度震荡。