燃料电池膜电极组件中水传递现象研究

研究质子交换膜燃料电池膜电极组件中的水传递现象,包括质子交换膜的属性和吸水性、氢通过膜的交叉传输、水在膜边界上的传输。在Comsol软件中建立质子交换膜燃料电池一维仿真模型,分析进气相对湿度对质子交换膜燃料电池膜电极性能的影响。

质子交换膜燃料电池水传递模型

提出了用于研究质子交换膜燃料电池膜中水分布、水传递量分布、电流密度分布等的二维数学模型;系统地考察了电池温度、阴阳极压力差、增湿程度、质子膜厚度等条件对水的传递和膜中水分布的影响.计算结果表明:①阳极增湿能够提高气体进口段膜阳极侧水的含量;②使用越薄的质子膜,越能提高膜中水的含量;③阳极增湿程度越大,由阳极向阴极迁移的水量越多.

W/O/W多重乳液中水传递的控制

建立了简化的W/O/W(水/油/水)多重乳液乳珠模型——统计平均半径模型,预测出当W/O/W多重乳液内水相水滴之间以及内外水相之间均达到水传递平衡时的内外水相中盐的浓度,从而实现对水传递的控制,以维持W/O/W多重乳液的稳定.按理论预测制备出了不同稳定态的W/O/W多重乳液,利用差分扫描量热仪(DSC)检测了多重乳液中水的传递过程,确定体系在实验状态下的稳定程度,实验结果与理论预测基本吻合.

质子交换膜燃料电池扩散层水传递可视化研究

质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte fuel cell,PEFC)扩散层(gas diffusion layer,GDL)水管理对其性能十分关键,扩散层可视化研究对指导微观模型的建立,进而指导电池的设计意义重大。搭建了一个离线扩散层可视化研究实验台,通过对不同碳纸进行液态水穿透实验,观测了液态水突破现象,并得到碳纸突破压力随温度近似呈线性变化且成反比。同时通过分析碳纸中传递过程,建立了一种微观模型,通过MATLAB编程计算突破压力大小,并与实验值进行了对比,得到比较一致的结果。

质子交换膜燃料电池内水传递影响因素分析

通过大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水平衡实验研究,考察了不同操作条件,如电池阴极增湿温度、电池操作温度及阴阳极压差对水在阴阳极间迁移行为及对电池输出性能的影响。实验结果表明,提高电池阴极增湿温度,促进了水向阳极的扩散,在一定程度上可提高电池的性能,但同时增大了电池的水淹程度;提高电池操作温度促进反应生成水向阳极的迁移并提高了电池性能;减小阳极压力以增大阴阳极压差可促进水向阳极迁移,但压差对水的迁移行为影响不大。

水/油/水双重乳液系统内的水传递机理

利用毛细显微摄像技术直观、实时地研究了水/油/水双重乳液系统在不同油膜厚度情况下的水传递过程并测得了水传递速率.根据实验观察提出了一种新的水传递机理,即水以自发乳化的方式传递.控制水传递速率的传递机理因为油膜厚度的不同而变化:当油膜厚度很小时,内、外水相处于相互接触位置,水主要通过表面活性剂水化的方式传递,且速率很大;当油膜厚度比较大时,内、外水相不接触,水主要通过自发乳化和形成反胶束的方式传递,速率相对较低.另外,研究还排除了水分子直接通过由于油膜厚度波动形成的表面活性剂薄层来传递的机理.

SPE水电解池膜水传递研究

建立了固体聚合物电解质(SPE)水电解池电迁移和反扩散水传递的关联模型;利用Matlab软件,求解了沿水流方向的膜两侧水含量及净水传递系数α分布;得到了沿水流方向的膜水含量分布函数,探索了水量不足时的水传递机理。对SPE水电解池的阻抗分布模型进行验证,证明了模型的符合性。

电解法研究DF988膜对钠离子的水传递数

离子膜电解过程中,水分子伴随阳离子通过离子膜而发生移动的现象称为水的电渗透或水传递.简要介绍了国产DF988离子交换膜的结构.通过傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)对DF988膜表面进行分析,表明其一侧为磺酸层另一侧为羧酸层即阻挡层.采用自制的电解测试装置对DF988膜的水传递进行了较为系统的实验研究,测定了不同条件下的水传递数和氢氧化钠中氯化钠含量,包括阳极液浓度、阴极液浓度、电流密度和温度等条件.结果表明,电解液浓度对水传递数有明显的影响,水传递数随盐水浓度的降低有明显的增大;而电流密度和温度等则对氢氧化钠中含氯化钠的量影响明显.

质子交换膜燃料电池内部水传递的动态特性分析

由于质子交换膜燃料电池水传递过程对电池输出性能有重要的影响,保持膜的充分润湿才可以使电池稳定良好的运行。如果湿度较低,质子交换膜失水,欧姆极化显著增加。快速的负载变化会使电池出现超调现象。超调现象在一定程度上影响着电池的性能和寿命。本文建立电流阶跃变化时,质子交换内水传递的动态模型,考察不同温度和膜厚情况下质子交换膜内水的超调及对欧姆极化的影响。

氯碱离子膜的水传递和水通量

水传递对氯碱离子膜的电化学性能有重要的影响,而膜内水传递过程是电解过程的重要环节。在计算氯碱装置的宏观水通量的基础上,讨论了水传递现象对氯碱离子膜的电化学性能的影响,提出膜的离子透过性赋予膜以电导性,而离子的水传递数决定了氯碱膜的水通量大小。简要介绍了国产氯碱离子膜的基本结构和应用进展,展望了氯碱膜的发展前景。

汗湿条件下织物动态水传递的测试与分析

为了分析织物动态水传递性能,自行搭建一种具有芯吸导水功能的显性出汗模拟装置,拍照记录不同时刻织物的润湿图像,利用电子天平在线测量系统实时记录织物在吸水或蒸发过程中重量值的动态变化。利用该装置对6种面料分别进行了单层织物平面内水传递性能和2层织物层间水传递性能的动态测试。结果显示:润湿图像面积、水分在织物平面内的扩散速度、织物的吸水速度可以反映织物动态吸水与扩散性能,织物表面的水分蒸发速度可以评价织物的快干性能;织物层间水传递性能可利用模拟皮肤的水分转移率进行评价。

真空升液器的水传递能力及其在养殖系统水循环中的应用

对设计用于淡水（盐度小于1）和海水（盐度35）循环水养殖系统的一个真空升液器所传递的水流量（Qm）进行了测试研究。真空升液器由在顶部相连并通向低压室的两根同心管组成。当空气从较低的部位注入内管，结果就导致内管中的水上升，并通过在其外面的降液管回流。结果显示，当升液管长度和气流增加以及提升高度减少时，水流量增加。水流量还取决于水的种类。在循环水养殖系统中，

基于水传递的质子交换膜燃料电池动态响应过程模拟

项目摘要：质子交换膜燃料电池很多情况下应用于变负载工况．尤其有液态水存在时，气体传质速度与与电子传递速度不一致，导致电池结构和性能受损、寿命降低。本课题基于质子交换膜燃料电池在物理尺度上的划分（膜或扩散层、电极、单电池），采用多尺度建模方法研究两相水传递情况下的动态响应特性．采用格子玻尔兹曼方法探讨负载变化时水相变机制，

汗湿条件下幼儿睡衣面料层间水传递性能研究

为了分析在一定温度和压力下,幼儿睡衣面料中的层间水分向下传递性能,自行搭建了一种简易测试装置。通过控制恒温加热板调节模拟皮肤的温度,利用重物调节织物上方所受的压力,利用电子天平测量织物层间的含水量变化。使用该装置测试了9种幼儿睡衣面料中的水分向下传递性能、不同压力下织物层间水传递性能和不同时刻织物中的水分动态转移率,并通过聚类分析、假设检验、曲线拟合等方法进行数据分析。结果显示:各层织物含水量百分比和总体水分转移率等指标可以有效地表征所测织物的层间水传递特性,施加重物压力将对层间水传递有显著性影响,水分转移率与时间关系呈对数函数曲线特征。

承压含水层水压传递速率变化规律

含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义。以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对水压传递速率变化规律进行探讨。结果表明:含水层中水压变化传递具有明显的滞后性,传递速率并不是无限大或接近声速,且存在随传递距离增加逐渐衰减的现象,水压径向传递的滞后时间t与水压传递距离r呈二次幂函数关系;稳定边界压力水头越大,在承压含水层中同等水压变量的传递速率越快,渗透系数越大水压传递速率越快;当渗透系数一定时,水压传递滞后时间与传播距离的拟合系数C随边界稳定压力水头的增加呈一阶指数函数减小;现场试验表明,边界稳定压力水头差异性不大时,在传输距离较远的条件下,其水压传递平均速率基本相当;室内试验表明,瞬态脉冲水压力随传递距离增加,波形发生明显变异,峰值压力逐渐减小、脉冲压力波波长变大、峰值压力传递速率减小,随传输距离的增加其传递速率呈指数函数衰减,说明瞬态脉冲水压力能量随传输距离增加快速衰减;瞬态脉冲压力值越大其初始阶段的传递速率越快,但随传输距离的增加其传递速率衰减幅度更大。研究成果对水压传递速率变化规律的影响机制及其应用于地下工程突水灾害预测及防治具有重要的理论及实践指导意义。

PEM燃料电池内部水传递的数值模拟

水的传递和分布对PEM燃料电池的性能具有重要影响,本文建立了一套分区域求解、两相流、非等温数学模型对此进行了研究,首次清晰地展示出二维空间的水传递和分布特性,得到如下有价值的详细信息:沿流动方向阳极侧的总水分浓度不断降低,而阴极侧的却不断升高,阴极流道末端易发生水淹;阴极GDL中的液态水分布随电流大小而不同:小电流时从内到外逐渐减少,而大电流时则逐渐增多。

承压含水层水压力传递滞流效应的定量分析

针对承压含水层抽水试验中水压力传递滞流效应,应用连续介质力学理论,推导了包括惯性项的运动方程。含有加速度项的地下水运动方程,是一衰减的波动方程,它包含有kρ/μn这一时间单位项。水压力传递速度C主要是贮水率Ss的函数,水和骨架介质的压缩性越大,水压力传递的速度便越小。实际承压含水层井水位的变化与观测井的响应有一滞后时间。这一滞后时间与含水介质的性质及2个点的间距有关。

堤基非稳定水压力传递滞后效应研究

洪水灾害过程中,堤防上游水头快速变化,作用在堤基土体上的水压力是非稳定的。选取常见的堤基砂土作为试验材料,利用自行设计的试验装置,研究洪水灾害时非稳定水头条件下,堤基无黏性土渗径长度、孔隙比、渗透系数以及颗粒粒径等因素对水压力传递滞后效应的影响规律。研究结果表明:土体颗粒粒径越大水压力传递滞后效应越弱,直径 >2mm的细砾土中水压力传递滞后效应基本可以忽略;上游水头水力梯度提升的越快,下游水压力启动和稳定滞后时间越短,但下游水压力恢复滞后时间越长;水压力传递滞后时间与土体孔隙比呈反比关系;下游水压力启动和稳定滞后时间与渗透系数呈对数关系。

阳朔月亮山地热成因与水热对流传递特征

文章对桂林市阳朔县月亮山地区地质、构造条件,地热地质特征、水热对流特征等方面进行分析,认为区内热源主要是大地热流,属于以中、低温热水型为主的断裂型地热系统,断裂传导热及地下水深循环是形成地热系统的主要因素。地热系统的水热对流传递主要有层间对流传递、通过隔水层单纯热传递、导水断层进行水热交换传递3种形式。

抗水淹电极质子交换膜燃料电池数值分析

针对新型抗水淹电极(AFE)质子交换膜燃料电池(PEMFC),通过均相模型描述催化层结构,建立了阴阳极板、流道、扩散层、催化层和质子交换膜的完整PEMFC模型。提出了描述新型抗水淹电极质子交换膜燃料电池的数学模型,用液态水饱和度分布和抗水淹电极内二甲基硅油含量来修正反应气体有效扩散系数和电化学反应速率方程,模拟液态水堵塞传质通道和淹没电极有效面积的影响。试验和模拟计算都反映出抗水淹电极提高了高电流密度输出时的电池性能,应用仿真模型预测了催化层内DMS含量对电池性能的影响。