PEMFC新型冷却流道的数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中,化学反应会产生大量的热量,需要通过高效的冷却设计来带走这些热量。为了使燃料电池的温度更加均匀并提升燃料电池的效率,设计了一种新型仿生叶脉形冷却流道,采用计算流体力学(CFD)方法,与平行冷却流道、蛇形冷却流道在冷却流场的最高温度、进出口温差、温度均匀性和压降特性等方面进行对比研究。研究结果表明:与传统的平行和蛇形冷却流道相比,在相同的冷却条件下,仿生叶脉形冷却流道温度均匀性最好。此外,虽然蛇形冷却流道的冷却性能优于平行流道,但会导致更高的压力损失。与两种传统流道相比,在相同的冷却条件下,仿生叶脉形冷却流道不仅冷却性能最好,最高温度值降低到346.6 K,其冷却板温度均匀性UT更好,而且进出口压力差最小,造成的压降损失更小。

渐进式多粒度ResNet车型识别网络

针对车辆因姿态、视角等成像差异造成车型难以识别问题,提出一种基于渐进式多粒度ResNet车型识别网络。首先,以ResNet网络作为主干网络,提出渐进式多粒度局部卷积模块,对不同粒度级别的车辆图像进行局部卷积操作,使网络重构时能够关注到不同粒度级别的车辆局部特征;其次,对多粒度局部特征图利用随机通道丢弃模块进行随机通道丢弃,抑制网络对车辆显著性区域特征的注意力,提高非显著性特征的关注度;最后,提出一种渐进式多粒度训练模块,在每个训练步骤中增加分类损失,引导网络提取更具辨别力和多样性的车辆多尺度特征。实验结果表明,在Stanford cars数据集、Compcars网络数据集和真实场景下的车型数据集VMRURS上,所提网络的识别准确率分别达到了95.7%、98.8%和97.4%,和对比网络相比,所提网络不仅具有较高的识别准确率,而且具有更好的鲁棒性。

干支流垂直交汇下跌水工程下游通航水流条件优化

支流入汇往往对干流通航河道流场特性产生影响。在干、支流交汇口支流段上修建水利工程,需优化工程布置以改善其泄流对交汇区通航水流条件的影响。以引江济淮工程派河段某入汇支流跌水为研究对象,通过1∶50比尺物理模型试验,研究跌水泄流以90°角汇入干流时交汇区通航水流条件,提出跌水工程优化布置方案。结果表明:在原布置方案基础上,增大跌水出口段泄槽扩散角度至10°,沿出口扩散段对称布置二级分流墩,并将出口扩散段浚深2 m,在5年及20年一遇洪水工况时,通航水流条件得到显著改善,汇流偏流系数分别为1.13、1.20,交汇区最大横向流速分别为0.15、0.29 m/s,满足规范要求。研究结果可为类似跌水工程布置提供有益参考。

整体式微通道换热器的性能分析

为了提升整体式微通道换热器的整体性能,建立了整体式微通道换热器的稳态换热模型,研究了结构参数与运行参数对其的影响规律。整体式微通道换热器以R245fa为工作工质,并在实验验证模型准确性的基础上,利用该模型模拟研究了换热器风量和换热器热管间距对系统整体热阻和空气侧压降等参数的影响。研究结果表明,当微通道换热器的蒸发段风量为0.41 m^(3)/s、冷凝段风量为0.21 m^(3)/s时,换热器的系统整体热阻为0.0380 m^(2)·K/W;随着冷凝段和蒸发段循环风量的增加,微通道换热器空气侧的压降增加,整体热阻均降低;微通道换热器的整体热阻的下降趋势随着风量的增加而逐渐减弱,得出在本研究范围内,蒸发段风量取0.45 m^(3)/s、冷凝段风量取0.69 m^(3)/s为宜;随着整体式微通道换热器热管间距的增加,微通道换热器整体热阻呈上升趋势,微通道换热器在蒸发段空气侧的压降呈下降趋势。当换热器热管间距为6 mm时,微通道换热器综合性能达到最佳。研究结果对通信基站冷却设备设计及微通道换热器结构与控制参数优化设计提供了参考依据。

探究蛇形流道PEM燃料电池阴极压降变化规律

基于燃料电池的阴极进出口气体压降进行水管理是燃料电池水管理的重要方法之一。阴极压降与流道类型、电池温度、相对湿度、气体流量和电流都有关系,而电压对电池性能有较好的反映。为了探究阴极压降在这些不同参数下的变化规律,本文对三流道和单流道质子交换膜燃料电池进行了相应的探究实验。对实验数据中电压与阴极压降进行分析发现:三流道燃料电池的电压和压降波动要比单流道剧烈很多,压降的相对压降波动幅度要比单流道大。在100%加湿的情况下,三流道和单流道的水淹状况都会随着温度升高而加重,电压波动加剧,压降升高。且三流道电池电压随阴极相对湿度的增加而降低,单流道则有轻微升高。另外两者的水淹状况都会随阴极气体流量的增加而减轻,气体流量对单流道电压的影响要大于三流道,气体流量增加会使两者的压降都明显增大。

轴流式分离器的结构开发及综合性能评估

在分离器中安装内通道来减少粒子的二次夹带现象,提高分离效率。通过实验分析有、无内通道对分离器综合性能的影响,使用雷诺应力模型分析流体流场并通过离散相模型预测粒子的运动轨迹。结果表明:含有内通道的分离器最大分离效率为96.15%,压降为1 765 Pa,其可以抑制二次夹带现象,提高分离效率。但同时内通道增加了气流的沿程阻力和局部阻力,使压降高于常规分离器,增大了粒子在气流中的惯性,使粒子运动更加混乱。

双涵道中介机匣轮毂端壁构型设计及仿真分析

针对径向落差比ΔR/L为0.38的双涵道中介机匣通道内二次流损失的问题,通过改变轮毂局部型面补偿支板带来面积堵塞的构型设计,提高了流场的品质。结果表明:设计方案减小了通道内二次流带来的损失,使中介机匣内涵道总压恢复系数提高到0.9939,内涵道总压损失系数降低了9.05%。

汽车动力电池单体间冷板特性研究

以可充电三元体系动力电池为研究对象,对电池单体的散热性能进行数值模拟研究。通过研究传统的电池冷板冷却方式,设计提出电池单体间两种流道设计方案,通过对比A型和B型两种流道机构冷板,分析选定B型流道结构,并对冷板流道入口位置、冷却液流速和流道宽度进行了研究,发现50%乙二醇在入口流量为4g/s时从正极测流入电池温度更加均匀,散热效果好且能耗低,并发现在流道宽度对冷板散热效果影响甚微,综合考虑电池冷却系统质量和体积最终选择流道宽度为5mm。最后对冷板流道进行了优化,压降降低11.4%。仿真结果将为基于小通道冷板的电池热管理系统的设计提供参考。

流道结构对IGBT散热器传热及流动特性的影响

采用数值模拟的方法分析串联式和串并联式2种流道结构对IGBT散热器传热能力和流动阻力的影响。结果表明:采用串联式流道时,IGBT功率模块的最高温度低于采用串并联式流道;采用串并联式流道时,IGBT散热器的整体温度分布更加均匀,更有利于功率模块工作性能的稳定;采用串联式流道时,IGBT散热器的压降低于串并联式流道,但2种流道结构的压降差值随着质量流量的减小而逐渐降低,当质量流量为0.1 kg/s时,2种流道的压降几乎相同。

斜截半椭圆柱面涡流发生器强化换热和压降特性的试验研究

在矩形通道内布置一对斜截半椭圆柱面涡流发生器(高宽比h/b=1/2),通过改变斜边倾角α、来流攻角β、前沿间距S、布置方式以及顺列、错列两排涡流发生器研究不同工况下的换热和压降特性。试验雷诺数范围为Re=700～26800。结果表明,在试验条件下α=12°时的换热效果要好于α=20°,Re=1300时两者的最高局部对流换热系数分别比平直通道高19.7%和10.7%,Re=26800时分别为23.2%和18.33%。斜截半椭圆柱面涡流发生器(α=12°)的最优攻角为β=60o,最优前沿间距为S=20mm。当Re=26800,β=60°,S=20mm时的最高局部对流换热系数约比平直通道高23.2%,压力损失约比平直通道高33.7%。雷诺数较小时,由于回流滞止区的影响,布置两排涡流发生器后,换热效果反而弱于单排。随着雷诺数增大到4000,双排涡流发生器的换热效果要明显优于单排,Re=26800时,最高局部对流换热系数约比单排涡流发生器高14.4%,比平直通道高33.4%。通过试验得出斜截半椭圆柱面涡流发生器在β=60°,α=12°时的涡旋作用距离大约在250～300mm。

规整填料干塔压降与波纹齿角的关系

研究了规整填料压降和波纹齿角的关系,以期探索强化传统规整填料性能的新途径。干填料层压降可分解为3部分:气流在交叉单元碰撞所产生的压降,气流在填料层间改变方向所产生的压降以及塔壁区摩擦力所产生的压降。用计算流体力学(CFD)计算了这3部分压降。结果表明,当波纹齿角从90°减小到20°时,干填料层压降大幅度下降。实验数据也验证了CFD模拟计算结果。

柴油机颗粒捕集器不规则六边形孔道结构压降特性研究

为了提高柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的压降特性和碳烟承载量,该文提出了一种不规则六边形孔道结构,并利用AVL-Fire软件建立其三维模型,针对不同排气流量,排气温度,碳烟负载以及灰分堆积情况对DPF压降特性进行数值分析,并与四边形孔道结构进行对比。结果表明:在不同排气流量条件下,建立的数学模型模拟值与实际试验值相对误差处于2.54%~5.69%之间,计算值和试验值的数值差异较小,变化趋势一致;在同等排气流量和排气温度条件下,不规则六边形孔道结构DPF的压降特性优于四边形孔道结构;不同碳烟加载方式会影响DPF压降特性,递减分布压降最高,递增分布压降最低,且不同分布方式下不规则六边形孔道结构具有更低的压降;灰分在DPF内部以层状方式分布对压降影响较大,以尾端方式分布对压降影响较小;不规则六边形孔道DPF具有更陡峭的碳烟过滤效率曲线和更低的压降曲线,表明其能有效地提高碳烟及灰分承载能力,其中碳烟捕集效率上升时间同比降低34%;不同灰分堆积方式下,不规则六边形孔道结构有更小的DPF压降和更高的碳烟承载量,该文可为优化DPF结构,降低DPF压降,减小DPF再生频率提供参考。

非对称孔道与对称孔道的DPF载体压降交点研究

为了减小排气背压对柴油机性能的影响,最大限度地减小柴油机颗粒捕集器(DPF)压降,对对称孔道和非对称孔道DPF载体压降进行模拟计算,研究碳烟和灰分的不均匀分布对DPF载体压降的影响,给出对称孔道和非对称孔道DPF载体的选取指标。研究结果表明:对称孔道DPF碳烟最优分布为前少后多,不对称孔道DPF碳烟的最优分布则与之相反,两者的灰分最优分布皆为分布于孔道末端。孔密度低于46.5个/cm2,壁厚较小或长径比小的非对称孔道性能较好,排气流量大,排气温度低于100℃或高于400℃更适合采用对称孔道DPF载体。

截面形状对螺旋通道湍流流动及场协同的影响

为探明截面形状对螺旋通道湍流流动的影响,采用有限体积法和RNG k-ε湍流模型数值研究了圆形、半圆形、矩形、正方形、梯形和三角形共6种截面面积相等而形状不同的螺旋通道内流体湍流流动特性。在螺旋半径、螺距、螺旋线长度相同的条件下,以常温水为工质,研究截面形状和进口速度对螺旋通道的流动阻力、速度场及涡量的影响,并根据多场协同原理分析速度场和压力场的协同关系。结果表明:圆形截面螺旋通道流动阻力损失最小,而三角形截面螺旋通道流动阻力损失最大;流体在螺旋通道内湍流流动会产生垂直于主流方向的二次流,矩形截面螺旋通道发现四涡结构的二次流,其余截面螺旋通道为二涡结构的二次流;三角形截面螺旋通道涡量值最大,协同角θ也最大,而圆形截面螺旋通道涡量值最小,协同角θ也最小。

全光纤Mach-Zehnder干涉仪型分插复用器的理论研究

介绍了全光纤 Mach- Zehnder干涉仪型分插复用器件 ( Add/ Drop Multiplexer,ADM)的原理 ,主要分析了具有全光纤 Mach- Zehnder干涉仪结构的 ADM器件在第二个耦合器的不同 k2 z2 值和臂长差漂移等两种情形下的输出特性和信道隔离度变化。数值计算结果对 ADM器件的实际制作有一定的指导意义。

柴油机DPF非对称孔道压降特性及其影响因素

为了有效降低柴油机微粒捕集器DPF压降,通过建立DPF灰分模型和压降模型,运用数值计算的方法研究了非对称孔道DPF的压降特性及其影响因素.研究结果表明:增大DPF进、出口孔道直径比,进口孔道排气流速减小,孔道壁面前端渗流速度减小,孔道壁面后端渗流速度增大,排气流经出口孔道流速增大;增大DPF进、出口孔道直径比能降低DPF压降;随着碳载量、灰分量以及排气流量的增大,增大DPF进、出口孔道直径比对降低DPF压降效果更加明显;孔密度最优值随进、出口孔道直径比增大而减小.

多信道异质结构光子晶体滤波器

利用二维正方晶格介质柱型光子晶体(PC),设计了一款由4个线性渐变型微腔和异质结构光子晶体反射器组成的多信道下路滤波器。利用平面波展开法(PWE)以及二维时域有限差分法(2D-FDTD)分析了该异质结构滤波器的工作机制,并进一步探究了微腔参考面与异质结界面之间距离对下路效率的影响。研究表明,滤波器中的异质结反射器可以实现接近100%的反射,从而大幅度地提高了三端口滤波器的滤波效率。设计的多信道滤波器各个通道都能有效地实现下路滤波功能,其信道间隔为10nm,滤波效率均在90%以上,透射谱半高宽均在0.54nm以下,实现了较高的品质因子特性。该滤波器尺寸只有15.15μm×13.91μm,且滤波效率很高,适于在波分复用系统中进行复用与解复用,在未来光路集成应用中具有良好的应用前景。

带扰流小槽道内单相流动阻力特性实验

采用水作为工质,实验研究入口或出口端加入圆柱扰流的不同高宽比多槽道散热器的压降特性;结果表明:单位长度压降随雷诺数成线性关系.提出了雷诺数、水力学直径和槽道高宽比的拟合准则;拟合公式在实验数据误差范围内很好反应类似系统的流阻特性.对于线切割小槽道,其摩阻系数和雷诺数成反比,且较圆管理论值偏大;对线切割槽道阻力特性分析发现,表面粗糙度是其最主要的影响因素,而扰流对其影响较小;在槽道前部设置扰流柱可以增强换热.

基于光子晶体单向传输波导的通道下路滤波器(英文)

基于光子晶体单向传输波导,设计了一种三端口和两种四端口结构的通道下路滤波器.为取得100%的通道下路效率,运用实时耦合模理论对这三种结构进行了分析.理论分析表明该通道下路滤波器比利用光子晶体普通介质波导设计的通道下路滤波器具有更简单的结构,降低了器件制作难度.用有限元方法对滤波器结构进行了数值仿真分析,仿真计算结果表明所设计的三种结构具有超过90%的通道下路效率,与理论分析结果相符合.

网格式肋化通道换热与总压损失特性研究

通过两个实验模型,对矩形网格式肋化通道的换热与总压损失特性进行了实验研究。模型通道的两个宽边是由铝板机械加工而成的肋化壁,两个短边是由胶木板制成的绝热壁。肋化壁上肋与通道轴线所形成的锐角定义为肋向角α,第一个模型的两个宽边上的肋向角分别为45°和-45°(简称45/45模型);第二个模型两宽边的肋向角分别为45°和-60°(简称45/60模型)。两个模型的肋宽与肋间距之比t/p=0.25,肋间距与肋高之比t/e=0.30,肋高与通道高度之比e/H=0.50,即两个肋化壁的肋尖相互接触,从而形成网格式通道。实验表明当雷诺数在0.5×105～1.2×105范围内变化时,网格式内冷通道换热效果比光滑通道提高了5～9倍,但伴随的总压损失增加了3个数量级。