中温固体氧化物燃料电池阳极通道中气体流动和传热分析

采用三维计算方法模拟和分析内重整反应和电化学反应及其在厚阳极层中对不同输运过程的影响。该文所研究的复合管道包括一个多孔阳极层、流道和金属双极板,利用基于燃料气体混合物的可变热物性参数(例如密度、粘度、比热等)及其耦合源项求解不同气体种类的动量和热量传递方程。模拟结果表明．内重整反应和电化学反应及其操作条件对阳极中的气体输运和热传递过程都有较大影响。     

天然气重整器内部传递过程的数值模拟

天然气通过重整反应可以生成氢气，成为燃料电池氢原料的重要来源。目前紧凑型天然气重整器的开发设计，主要集中在材料方面的研究，而内部机理方面的研究较少。对天然气重整器内部流动与传热现象进行了模拟与分析。分析中考虑了化学反应的影响，采用了耦合的边界条件以及可变的热物性参数，建立了描述流通管道和多孔催化剂层内部流动与传热现象的三维数学模型。采用SIMPLE算法对模型进行求解，得到了化学反应速率、混合气浓度以及温度等的空间分布。结果表明，化学反应限制在厚度约为1 mm的催化剂薄层内进行，沿主流动方向，CH₄浓度由19.5%降到7%左右，H₂浓度由4.1%上升到13%左右，混合气温度上升约10 ℃。研究结果对天然气重整器的开发、结构设计具有参考意义。     

SOFC内部重整反应与电化学反应耦合机理

以经过预重整反应的混合气为原料的固体氧化物燃料电池（SOFC）内部,甲烷蒸气重整反应与电化学反应同时发生在阳极多孔介质中,二者受到不同的操作与设计参数的影响,对电池总体性能起着决定性作用。编制了三维数值模拟程序,对由多孔阳极层、气体流动管道、固体支撑平板构成的单个复合管道进行了研究。结果显示：重整反应主要发生在多孔材料靠近流动管道的薄层内,只有靠近管道入口处才能在较深处进行;电化学反应发生在多孔层与电解质的交界面处;重整反应生成的H2、CO扩散到多孔材料底部参加电化学反应;电化学反应生成的热量供重整反应使用。说明研究范围内,SOFC阳极复合通道具有较好的传热、传质性能,化学/电化学反应存在较好的耦合关系。     

高疏水性空冷器性能的试验研究

本文针对空冷器性能进行了对比试验研究。其中一台徐敷了作者研制的高疏水性涂层。试验在夹套式实验室内进行，测定了空冷器的制冷量、传热系数、翅片排管空气侧风速的变化等参数。试验结果表明，疏水性徐层大大改善了空冷器的性能。     

深化热工教学改革加强学生创新能力培养

本文主要论述了热工课程教学改革的思路:一是加强基础理论的教学;二是加强实践能力和创新精神的培养.     

IT-SOFC阳极表面催化反应机理与传递过程的数值模拟与分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有效率高、污染低、对燃料适应性好、功率大等特点。其性能与工作状态受发生在多孔阳极的化学反应与多种传递过程耦合的影响。基于流体力学方程组和多步基元化学反应模型,建立了描述上述耦合特性的三维数学模型,并自编程序求解分析。结果显示:重整反应主要发生在靠近通道进口的多孔阳极,表面成分Ni_s的覆盖率占70%～80%,其他主要表面成分为CO_s占20%～25%,H_s占6%,O_s占1.5%; Ni_s随工作温度升高而增加;加强吸附基元反应会提高燃料利用率和工作温度;渗透率增加会提高反应气体在多孔介质内的传递效果,但催化反应会因接触不充分而减弱。通过考虑基元反应机理研究表明,在微观层面,催化剂Ni利用率不高,催化反应受温度、化学反应速率常数、孔隙率等参数影响较大。     

圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

柴油/空气湍流扩散燃烧的一个小火焰模型

本文将小火焰（flamelet）理论应用于分析柴油/空气湍流扩散燃烧的小火焰结构,以正十二烷同空气的一步反应为基础,建立柴油机燃烧的Flamelet模型,利用数值方法求出了柴油机湍流扩散燃烧的Flamelet结构.并采用假定PDF的方法,选取截尾式高斯分布的概率密度分布函数,将其与Flamelet结构相结合,求得燃烧过程中各参数的时均值,分析得出湍流脉动和非平衡作用对燃烧过程的影响.