锂电池与燃料电池混合观光车动力系统的优化设计

为了解决传统电动车续航焦虑的问题,对燃料电池观光车进行了功率匹配设计与仿真验证,提出了一种功率跟随型能量管理策略。对比了纯锂电池观光车(LI)、纯燃料电池观光车(FC)、LI与FC的混合动力观光车(LI-FC)的输出特性,并仿真试验。结果表明:LI-FC的爬坡度与纯锂电池观光车不相上下,续航里程较纯锂电池观光车提升了15%,等效氢耗较纯锂电池观光车减少了53%,动力电池荷电状态(SOC)能保持在0.5~0.9之间稳定工作,燃料电池也会在额定工况与怠速工况下稳定切换。因此,燃料电池锂电池混合动力观光车具有这3种观光车中最优续航能力、较好的使用经济性、最好的使用稳定性,燃料电池与动力电池都能在期望工况下稳定工作,有较好的竞争力。

闭口质子交换膜燃料电池温度分布特性研究

热管理对质子交换膜燃料电池性能、寿命和稳定运行起着重要作用。通过设置热电偶,对闭口质子交换膜燃料电池的温度分布特性进行了实验研究。结果显示,闭口质子交换膜燃料电池内温度最高点位于阴极流道出口段。同时,对闭口电池发生水淹现象时的温度分布进行了研究,结果显示,电池温度低于50℃时,发生水淹时电池内热点位于阴极出口段;当电池运行温度超过50℃时,随着电池运行温度的升高,热点的位置由阴极出口处向进口处移动。

毛细蒸发相变界面的数学模型和机理

通过对毛细蒸发相变界面的机理研究,提出了热流对毛细抽吸两相流体回路和回路热管蒸发冷凝界面的影响,推导出蒸发冷凝相变界面的一个新的修正的杨-拉普拉斯方程;采用热力学理论,分析和建立了这一驱动机制的简化数学模型;推导出由于热作用对杨-拉普拉斯方程及相变界面的影响,并得出毛细半径与蒸发温度以及热流密度之间的关系式,对毛细芯热管的驱动原理作出新的阐释.

无重力条件下毛细相变流体回路的稳定性研究

利用Lucas-Washburn方程对毛细管液柱内液体的受力情况进行分析,获得了无重力条件下相变毛细管中流体上升高度与毛细管半径以及热流密度的关系式,并用此关系式分析了相变流体回路中回路压降与毛细芯界面高度位置的关系,同时,利用小扰动理论对影响界面高度的参数进行了分析研究,指出毛细相变回路广泛用于航天电子器件散热的原因是其一般在过阻尼状态下工作,具有极强的抗扰动能力。当工作热流一定时,为了提高系统的稳定性能,应采用毛细半径较小的毛细芯。文中导出的毛细提升系数和影响界面高稳定性的因素,对毛细泵流体回路(CPL)、回路热管(LHP)和毛细芯热管(CHP)系统的设计和工作流体的选择提供了一定的理论依据。

小型平板CPL蒸发器优化设计研究

本文建立了小型平板CPL蒸发器二维的整场数学模型,并用SIMPLE程序对蒸发器进行整场耦合求解。研究表明,平板型CPL蒸发器存在着侧壁效应传热极限,减小液体补偿腔的高度,减小侧壁以及下壁的厚度以及增加毛细芯的高度可以提高CPL的传热能力。

毛细相变流体回路冷凝界面的稳定性

依据毛细管内冷凝液柱的卢卡斯-沃什伯恩(Lucas-Washburn)方程,获得了相变毛细管中流体上升高度与毛细管半径以及热流密度的关系式,并将此关系式推广到毛细相变流体回路中,利用小扰动理论通过对界面高度的变化来分析研究冷凝界面的稳定性。文章通过研究三种不同运行状态下的界面动力学行为发现,在实际运行过程中,蒸汽管路的压力波动将使冷凝界面形成具有一定振幅的波动。

PEMFC流道中重力辅助排水的机理研究

以质子交换膜燃料电池流道中的液滴为研究对象,考虑了吹力、重力以及粘滞力的影响,从力平衡的角度出发建立了液滴从扩散层表面脱离的临界风速及半径的关系,得出了不同的重力倾角和工作压力对临界风速的影响。研究表明:在水平流道中,临界风速受温度的影响不大,而随工作压力的增大而减小;增大重力倾角有利于提高电堆的排水能力;小液滴脱离的临界风速受工作压力的影响较大,而处于自发脱离半径区的液滴,工作压力的影响已不再明显。

高热流密度散热的多孔微热沉流动与传热实验研究

提出一种主动式多孔微热沉系统来实现高热流密度电子元器件封装散热的需求,分析了多孔微热沉系统的工作原理和特点。对多孔微热沉进行了高热流密度下的流动与传热实验研究,实验结果表明微热沉在高热流密度加热下能较快达到平衡;微泵驱动循环水流量为5.1cm3/s时,多孔微热沉的散热热量达到200W,散热热流高达100W/cm2,对应节点温度为55.8℃,系统压降为17.7kPa;Nu数随Re数增加而增加,Re在323时,Nu达到最大值518;随着流量以及加热热量的增加,微热沉平均换热系数增加,其最高换热系数为36.8 kW(m2℃)1。多孔微热沉系统能有效解决高热流密度电子元器件的散热问题,提高器件可靠性与使用寿命。

质子交换膜燃料电池强化传质

传质问题制约着燃料电池性能的提高。通过理论分析、Fluent模拟,针对质子交换膜燃料电池流道中加凸台和电极扩散层开孔两种方法,分别研究其对强化电池内部传质的效果。结果表明,上述两种方式均能有效强化电池内部传质,提高电池性能。但是加凸台增加了风机的寄生功率,综合性能提升不显著。

低流速燃料电池重力辅助排水

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示,自身重力有利于液滴脱离气体扩散层,使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时,液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致,电池性能最佳;电池竖直放置时,液滴重力与气体将其吹扫出电池方向一致,其向外排水能力最强。反应气体流速较低时,电池在不同放置方式下,提高其温度,电池性能上升;电池竖直放置时,气体加湿对电池性能影响不大。电池测试时,应该避免电池阴极水平向上。

低温燃料电池用质子交换膜的气体渗透性研究

以目前应用较为广泛的Nafion 211膜为对象,研究温度、湿度以及压差对膜的氢/氧渗透性影响.结果表明,提高温度和阴阳极两侧气体的压力之差均会导致膜渗透性增加,氢、氧渗透量随温度的升高近乎呈指数增加,而随压差的增加近乎线性增加.湿度对Na-fion 211膜的渗透性的影响不呈单一趋势,当膜从干态到约40%RH时,氢气渗透量随之减少;继续增加湿度到100%RH,氢气渗透量随之增加.

脉冲排放对PEMFC性能影响的研究进展

介绍脉冲排放对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响的研究进展,包括脉冲排放能提高氢气利用率、减少"水淹"的影响及对电池组件的影响。合理的脉冲排放周期和排放时间,可避免电池局部反应气体"饥饿",提高PEMFC的性能和寿命。应结合电池的工作参数、电池设计及电池寿命,研究合理的脉冲排放周期和排放时间。

相变流体回路中毛细芯内液体气化界面的稳定性分析

通过分析液体气化界面位移与界面压力变化的物理机制,获得了相变流体回路中毛细芯内的界面位移及曲率变化与压力变化的关系式,导出了气液界面的稳定性判据.根据这一判据,并由所建立的丝网型毛细芯中界面位移的物理模型,得出了毛细芯内液体气化界面的稳定性曲线.文中的界面模型和稳定性判据,对分析和揭示毛细泵流体回路(CPL)、回路热管(LHP)和毛细芯热管(CHP)中毛细蒸发界面的位移机制和动力学稳定性,对预测毛细芯内液体的干涸以及系统运行的失稳乃至崩溃等,都具有一定意义.

基于燃料电池的冷热电联供系统建模及性能分析

质子交换膜燃料电池冷热电联供系统可回收燃料电池低品位余热,实现能量梯级高效利用,在缓解能源危机及促进环境可持续发展方面具有重要研究应用价值。本文基于Aspen plus建立了燃料电池冷热电联供系统模型,针对溴化锂吸收式制冷循环性能影响因素,研究燃料电池与溴化锂吸收式制冷系统的适配性,探寻使整个系统的能源利用效率最高的状态点,为冷热电联供系统内部各部件设计选型及优化提供参考。

闭口氢-氧PEM燃料电池非稳态运行研究

建立了闭口氢-氧质子交换膜燃料电池的三维非稳态数学模型,研究了不同操作压力条件下,电池的运行特性及内部各参数的变化情况。结果表明:闭口电池的性能随着运行时间的增加逐渐下降,且阴极侧氧气不足是导致电池衰减的主要原因;在较高的操作压力下,电池可以维持工作更长的时间。

中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性

通过设计阴极流道宽度为1mm与2mm的单电池,研究了不同温度下闭口中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性。结果表明:(1)2mm的电池有较好的闭口稳定运行特性,在800mA.cm-2下,1mm的电池闭口运行时,大约经过3min,电压从0.7V下降到0.5V,而2mm的流场结构能实现电池53min的运行;(2)电池性能随温度的升高而下降,相对于65℃运行,温度为80℃时,1mm的电池闭口运行时,大约经过1.7min,电压从0.69V下降到0.5V,此时为维持电池的高性能运行,氧气侧所需的排放时间越短;(3)电池的内阻随温度的升高而增大,高温时增幅较小。

毛细相变流体回路中蒸发器的预热启动特性研究

通过分析毛细管内液柱的动量方程,从力平衡的角度获得毛细相变流体回路系统的启动判别条件,并建立蒸发器的三维导热模型来研究系统的启动特性.研究表明:蒸发器的启动预热时间随启动热流的增大而减小;减小液体补偿腔的高度可以加快蒸发器的启动过程,且启动热流愈小该现象愈显著;在较低的启动热流条件下,减小蒸气槽道的宽度,可以减小启动预热时间,改善蒸发器启动性能,而在较高的热流密度下,其对蒸发器的启动性能影响不大.

质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应研究

通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该单电池性能下降。通过对比集流板与电池的发热量,发现在一定条件下集流板的发热量已不能忽略,因而,在实际应用中必须考虑集流板的冷却设计。

流道结构对燃料电池阴极氧气分布的影响

合适的流场能提高燃料电池性能以及燃料的利用率。通过模拟研究Z型流场的不同入口分配槽与出口汇流槽的宽度,分析阴极的氧气浓度分布。结果表明,在进气流量不变的情况下,增加出口汇流槽宽度,有利于阴极的氧气浓度的提高,并且分布更均匀;增加入口分配槽宽度,氧气分布更不均匀;采用分配槽斜入口以及合适的流道分布,有利于阴极氧气浓度的均匀分布与提高。

闭式燃料电池中的液滴脱离时间研究

燃料电池中电化学反应过程生成的液态水经过多孔电极爬升到扩散层表面,并在外力的作用下实现脱离。通过建立闭式燃料电池多孔电极中液态水提升行为的Lucas-Washburn方程,研究液态水在电极内部的提升时间,同时根据液滴的长大与脱离规律,研究不同的电流密度下液滴的自脱离时间,结果表明:相对于液滴的长大行为,液态水在电极中的传输时间可忽略不计,液滴的自脱离时间主要与电流密度有关,电流密度越大,液滴生长速率越快,所需的脱离时间越短。