流道截面形状对质子交换膜燃料电池性能的影响

流道的截面形状对质子交换膜燃料电池的性能有较大影响.基于流体力学计算方法搭建了三维质子交换膜燃料电池单电池模型,通过比较不同流道横截面形状、调整流道与气体扩散层接触面积的方式对模型进行数值模拟分析.结果表明:三角形和圆形流道生成的电流密度较大,燕尾形流道电流密度分布均匀性最好;燕尾形和圆形流道有最佳的水气分布均匀性.     

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的原理及应用

简述了质子交换膜燃料电池的工作原理;质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动汽车用绿色能源,在航天领域、潜艇、电动车、电站等领域具有广泛的应用前途.     

PEMFC流场的数学模拟

质子交换膜燃料电池（PEMFC）流场是影响其电池性能的重要因素．建立了针对PEMFC流场分析的数学模型，并对5种常见形式的流场进行了模拟计算，考察了其中气体流速及电流密度等物理量的分布情况．模拟结果显示，流场形式对电流密度分布影响很大，适当拉近上游和下游流场之间的距离可以促进电流密度的均匀分布．所建方法可以用来评价流场，对流场形式的设计有指导作用。     

膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板研究

以膨胀石墨为导电骨料、炭黑为添加剂、酚醛树脂为黏结剂,采用模压成形工艺制备质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板.考察树脂含量、成形压力、添加剂用量及添加剂加入方式对复合材料双极板性能的影响.研究结果表明:上述因素对复合材料双极板的性能影响较大,黏结剂的加入量(质量分数)为20％-30％、压力在10～12 MPa较为合适;炭黑对复合材料双极板的性能影响比较复杂,在实验用炭黑范围内,随着炭黑用量的增加,电导率增大较快,抗折强度先增大后减小;在复合材料的混料过程中,将炭黑添加在树脂中,制备的复合材料双极板性能比炭黑添加在膨胀石墨性能好.     

PEMFC引射器的设计及特性分析

以索科洛夫的引射器设计方法为基础,对一个高压质子交换膜燃料电池系统(PEMFC)的引射器进行结构设计以及CFD仿真分析,研究了引射器的使用特性.研究表明:随着压缩流体出口压力和引射流体压力的增加,引射器的引射系数随之增大;工作流体压力对引射器性能的影响随引射器出口所处工况的变化而变化.     

304不锈钢双极板性能研究

以304不锈钢做为研究对象,测定了其在模拟PEMFC环境下的极化曲线,极化时间分别为4h和10h的交流阻抗谱,用伏安法测量了304不锈钢表面氧化膜／钝化膜与碳纸之间的接触电阻。实验结果表明,304不锈钢能够钝化且钝化电流密度低于16μA·cm^-2;随着极化时间增加,不锈钢表面生成的钝化膜的界面极化电阻增加,表面钝化膜有增厚的趋势;经过恒电位极化后,304不锈钢的钝化膜与碳纸的接触电阻显著增加,模拟阴极环境的接触电阻大干模拟阳极环境的接触电阻。     

质子交换膜燃料电池金属双极板材料腐蚀性能研究

双极板材料及其相关技术是质子交换膜燃料电池实用化进程的关键,通过对几种金属材料在腐蚀池和模拟电池中腐蚀性能的对比研究,初步优选出一种表面无须处理,腐蚀性能与石墨相当,可直接适合在质子交换膜燃料电池环境下稳定工作的镍-铁-铬合金双极板材料。     

扩散层孔隙率对平行流场 PEMFC 性能影响研究

为了研究扩散层孔隙率对质子交换膜燃料电池的性能影响,采用计算流体动力学商业软件 ANSYS Fluent在不同扩散层孔隙率(0. 3、0. 5、0. 7)的条件下,对传统平行流场和斜坡平行流场的性能曲线、气体浓度分布、液态 水分布进行数值模拟分析;结果表明:在高电位下各案例对应的性能差异较小,在中低电位性能差异较大,随着扩散层孔隙率越大,质子交换膜燃料电池性能越好,且孔隙率在 0. 3~ 0. 5 时电流密度增长率最大,最大可达 9. 03%;当扩散层孔隙率较高时,有利于反应气体穿过扩散层,使得催化层氧气浓度增大,促进了燃料电池内部的电化学反应;随着扩散层孔隙的增大,能够更有效地促进反应气体的传输,流道内水含量越高,越有利于液态水的排出;相比传统平行流场,斜坡平行流场电池性能更好,氧气分布更均匀,流道中气体流速更大,排水效果更好,且孔隙率为0. 7 时电流密度增长率最大,最大可达 28. 79%。     

增强金属基双极板导电和耐腐蚀性能的石墨烯基涂层的研究进展

应用于金属基双极板的石墨烯基涂层引起人们广泛的兴趣。综述了目前金属基双极板面临的问题,总结了已经报道的关于制备石墨烯基涂层的方法（化学气相沉积法、电沉积法、喷涂法、自组装方法）以及这些方法的优缺点。石墨烯优良的阻隔性能可以充当金属基双极板的钝化膜,对石墨烯进行改性或者对金属基双极板进行表面处理可以有效地改善石墨烯涂层与金属基双极板的相容性。导电聚合物可以有效地改善石墨烯涂层与金属基之相容性,并且能够填补石墨烯片层间的缝隙,提高涂层的致密度。导电聚合物能够以石墨烯为模板进行生长,降低涂层的表面粗糙度。最后提出对石墨烯改性以增强其与金属基双极板的相容性,以及发挥其与导电聚合物协同效应是未来的研究方向之一。     

导电聚苯胺膜在模拟PEMFC环境下的腐蚀性能

在由0.5mol/L H2SO4和0.5mol/L苯胺组成的溶液体系中,采用恒电位方法在316L不锈钢双极板表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)薄膜。用红外光谱技术研究了聚苯胺膜的化学键和状态,用扫描电子显微镜观察了聚苯胺膜的表面形貌。以1mol/L H2SO4及2ppM NaF的混合溶液作为模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作条件下的腐蚀介质,控制温度在70℃,用电化学技术研究了聚苯胺膜的腐蚀行为。红外光谱测量结果显示,不锈钢基底上沉积的聚合物膜是聚苯胺。扫描电子显微镜观察表明,在0.8V电压下得到的聚苯胺膜较为均匀致密。极化曲线和电化学阻抗测量结果表明,聚苯胺膜能够显著提高不锈钢双极板的耐腐蚀性能。     

不同磁感应强度下的磁流体加速实验研究

利用基于激波风洞的磁流体动力技术实验系统,设计了超声速喷管和分段法拉第型试验段,选用合理的电场及磁场方案,开展了不同磁感应强度下的磁流体加速实验研究.当激波管高压段压力1.2 MPa、低压段压力500 Pa,电容充电电压为400 V时,得到的主要实验结论如下:随着磁感应强度增大,加速通道电极间电压增加,电流降低,单个电极的输入功率降低,负载系数略有降低,电效率略有升高；当磁感应强度分别为0.5T、1T、1.5T时,#10电极处超声速气流的电导率分别约为181S/m、81S/m和50 S/m,利用#20电极开路电压的方法评估出口速度增量分别约为16.1％、14.7％、14.3％.电导率对输入功率的影响较大,提高加速效果需要同时提高气流的电导率和通道的电效率.     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

不同温度条件下天然胶乳海绵热氧老化行为

本文研究的目的是分析温度对胶乳海绵在热氧老化过程中形貌与内部结构变化的影响,胶乳海绵老化后的形貌与结构变化直接影响其产品使用价值,其老化行为与温度密切相关。本研究不局限于力学性能,通过测量70 ℃与120 ℃温度条件下胶乳海绵的白度指数、黄度指数、交联密度、压陷硬度的变化,分析了不同温度条件下材料热氧老化行为的规律。实验结果表明,120 ℃条件下黄度指数于86h达到峰值,孔结构消失,表面生成残渣粉末,交联密度先升后降,同时压陷硬度短时间内急剧上升;70℃条件下材料白度指数缓慢下降,其余指标均呈缓升趋势,且孔结构完整保留。可见120 ℃条件下胶乳海绵形貌和结构在老化过程中的变化过程和最终形态与相对低温条件下存在明显差异,其产品价值因热氧老化行为极快丧失,80NR胶乳海绵抗热氧老化能力有待提高。     

用EIS研究PEMFC膜电极的运行条件对其性能的影响

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，采用电化学阻抗谱（EIS）研究了膜电极（MEA）的一些运行条件对其工作性能的影响，并探讨了其作用机理．通过测量数据的解析和等效电路的数学模拟，得到了与MEA结构关联的电极诸参数随电池温度和反应气体压力的变化规律．研究表明，MEA的氧电极的电化学反应电阻随电池温度的升高显著减小，氧电极的双电层电容随电池温度的升高有所增加，表明电极有效面积得以增加，有利于MEA工作性能的提高．     

不同工况下钢塑齿轮组合行星传动的振动特性实验研究

为了了解不同工况下钢塑齿轮组合行星传动系统的振动特性,对行星传动系统中的内齿圈,行星轮和太阳轮依次用塑料材料制造的齿轮进行替换,从实验方面研究不同转速和载荷对其振动特性的影响。实验研究分析结果表明:依次用塑料材料制造的齿轮置换内齿圈,行星轮和太阳轮后对行星齿轮传动系统的振动特性影响很大,合理地引入塑料齿轮可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制传动系统的振动和噪声。     

面内冲击载荷作用下蜂窝材料单胞动态变形机制的研究

研究了面内冲击载荷作用下不同形状单胞的动态变形机制及能量吸收特性。在相对密度及单胞边长尺寸一致的条件下,讨论了三种不同形状的单胞（三角形、正方形和六边形）的冲击变形模态。在该基础上,分析了一定冲击速度下,几何拓扑结构对单胞能量吸收特性的影响,对于蜂窝材料的微结构设计具有指导意义。     

接触爆炸载荷作用下单层薄板临界破坏分析

该文基于爆轰理论,应用薄板塑性动力响应波动解及动态断裂准则,从理论上推导了薄钢板在爆炸冲击作用下产生初始环向裂纹即发生临界破坏时的装药量,给出板的临界位移理论表达式.算例、实验及仿真结果基本吻合,表明该方法能很好地解决接触爆炸载荷作用下薄板的临界破坏问题.     

不同头形刚性弹丸侵彻钢靶力学行为

采用Autodyn-3D平台对不同头部刚性弹丸侵彻钢靶动力学过程进行了数值模拟研究。结果表明,头部形状对弹丸贯穿钢靶力学行为和破坏模式有显著影响,平头弹丸贯穿钢板主要表现为先产生绝热剪切带,后演变为冲塞贯穿破坏,冲塞厚度随着速增大而减小;半球形弹丸贯穿钢板主要表现为缩颈断裂及扩孔破坏,缩颈造成的塞块尺寸随着速下降而减小;锥形弹丸贯穿钢板主要表现为先经压缩和扩孔,最终造成靶板花瓣式穿孔破坏。      

不同叶片径向凹槽结构的超紧凑型涡轮级间燃烧室数值模拟

利用流体计算软件,采用Realizable [WTBX]k[WTBZ]-ε湍流模型和PDF输运燃烧模型,分别对无凹槽和5种不同径向凹槽叶片结构的超紧凑型涡轮级间燃烧室(ITB)三维两相燃烧流场进行了数值模拟,并比较分析了不同ITB模型的速度场、温度场和总体性能参数。计算结果表明不同叶片径向凹槽结构内部的速度场、温度场差异较大,进而影响到富油燃烧产物在主流下游通道进行二次贫油燃烧的完全程度和ITB出口截面温度分布。改进叶片径向凹槽结构可以使级间燃烧室总压损失更小、燃烧效率和温升更高、出口污染物浓度更低。     

降雨条件下不同类型植被边坡稳定性的研究

降雨对植被边坡稳定性的影响是目前生态护坡领域研究的热门话题。基于Midas GTS/NX软件,结合张家口地区某边坡工程背景并选取当地常见的护坡植被,针对裸露边坡、高羊茅(Festuca arundinacea)植被边坡、小叶黄杨(Buxus microphylla)植被边坡以及高羊茅-小叶黄杨混合植被边坡4种工况,对降雨条件下边坡内部土体孔隙水压力随时间的变化以及边坡稳定性的大小进行对比分析。结果表明：在相同的降雨强度和降雨时长条件下,3种植被边坡的入渗速率均小于裸露边坡,植被边坡相对于裸露边坡有着更好的持水能力。在4种不同类型的植被边坡中,高羊茅植被边坡孔隙水压力增幅最小,位于坡顶、坡面、坡底的土体仍然维持了部分基质吸力,高羊茅植被减小了降雨的影响深度。降雨结束后,高羊茅植被边坡较其他植被边坡安全系数最大,高羊茅植被增加了边坡土体的有效应力,更能有效地提升边坡的稳定性。上述研究旨在为降雨对植被边坡的影响提供参考,为半干旱地区的植被护坡技术提供指导。