PEM燃料电池阴极中的液态水及其影响因素

阴极多孔介质中液态水的含量对PEM燃料电池阴极中的传质及其性能具有极其重要的影响。提出了一个二维、两相、稳态数学模型,研究PEM燃料电池阴极中两相水的传递及其对电池性能的影响。模型耦合了连续方程、动量方程和组分守恒方程,并将质子膜中的净水迁移通量作为边界条件之一来处理。通过实验的方法和数值模拟的方法,研究了电池操作压力和温度对电池性能的影响,同时验证了模型的有效性。模拟发现:提高操作压力和升高阴极加湿温度使电池阴极催化剂层(CTL)和扩散层(GDL)界面上的液态水含量大幅提高;升高阳极加湿温度,电池阴极CTL和GDL界面上的液态水含量变化不明显;而升高燃料电池的操作温度,阴极CTL和GDL界面上液态水的含量降低。     

梭式窑空气动力模型中紊流流动与对流传热的数值模拟研究

为深入了解梭式窑对流换热规律和产生换热不均匀的原因，利用CFD软件FLUENT^TM 5.4.8，构造了非保形结构化－非结构化混合网格，采用标准紊动能－紊动能耗散率（K－ε）模型，对梭式窑空气动力模型内部紊流流动与传热进行了数值模拟研究。得出了烧嘴射流的发展过程以及烟气速度场和温度场的分布特征。分析了料垛之间以及料垛局部换热的不均匀分布特征和成因。结果表明：外围料垛换热较强、内部料垛换热较弱，造成料垛间换热不均匀。料垛间隙的周期性分布导致料垛周向换热不均匀，三层烧嘴作用范围不同导致料垛纵向换热不均匀，有关数值模拟结果与文献实验数据符合较好。在此基础上，提出了调整料垛码法、烧嘴位置和流量匹配等改善对流换热均匀性的措施，并给出了调整原则。     

氧化锌前驱体对(Ga1-xZnx)(N1-xOx)固溶体分解纯水产氢活性的影响

利用不同ZnO前驱物,采用高温氮化Ga2O3和ZnO方法,制备了一系列(Ga1-xZnx)(N1-xOx)固溶体催化剂.研究结果显示,不同ZnO前驱物对(Ga1-xZnx)(N1-xOx)固溶体催化剂的产氢活性有较大影响.用自制的ZnO作为前驱物时,合成的固溶体光催化剂具有较高活性,约为用商品ZnO作前驱物时的4倍.通过商品ZnO和自制ZnO及GaN的XRD表征可以看出,自制ZnO的XRD衍射峰位置更接近于GaN的衍射峰位置.因此自制的ZnO更容易与GaN形成固溶体,从而有助于提高(Ga1-xZnx)(N1-xOx)催化剂的光催化能力.另外,不同温度煅烧的ZnO前驱物对(Ga1-xZnx)(N1-xOx)催化剂的产氢性能有较大影响,其中用823K煅烧过的ZnO合成的固溶体光催化剂有较高的光催化活性.     

生物质超临界水气化制氢反应建模及数值模拟

建立了管式反应器中生物质超临界水气化制氢反应的数学模型,同时提出了以葡萄糖做为生物质模型化合物的全局气化反应动力学模型。模型计算结果与实验值的比较表明该模型能较好的预测反应器出口温度与气体产物组份分布。利用该模型数值模拟计算得到了反应器中温度场、速度场基本情况以及化学反应速率分布的基本规律。该文通过计算还讨论了反应器入口水温、反应器壁温以及物料和预热水之比对反应器内气化反应的影响,得出一系列重要结论。该模型对生物质超临界水反应器系统的优化设计与化学反应最佳工况的选择有一定的实用价值。     

高压及超临界压力下螺旋管内单相水摩擦压降特性实验研究

在较宽的参数范围内对高压及超临界压力下单相水流经立式螺旋管的摩擦压降特性进行实验研究。研究表明,对于高压工况,在高雷诺数Re条件下的水力粗糙区,管壁粗糙度对摩擦压降的影响要远大于二次流的影响,故单相水在螺旋管内的摩擦压降基本可直接采用直管的相关公式来预测;对于超临界压力工况,在物性变化剧烈的拟临界区内,采用高压工况计算公式所得的摩擦压降预测值要明显偏低于实验值。     

多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢

搭建了一套连续式多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢系统,以生物质模型化合物(乙二醇、丙三醇、葡萄糖)为原料在该装置上进行了气化制氢实验,研究了太阳能直接辐照度(DNI)、物料成分、物料浓度、停留时间对气化效果的影响。实验结果表明:太阳能直接辐照度对太阳能吸收器腔内及反应器壁温的影响较大,进而能影响气化效果,在实验流量、压力范围内当DNI为363～656W/m2时,反应器出口流体温度达520～676℃,可以满足生物质超临界水气化制氢的温度及能量需要。0.1mol/L葡萄糖气化H2体积分数均值超过50%,H2产量为27.2mol/kg,气化率达109.7%。低物料浓度和长停留时间有利于气化效果的提高。实验验证了利用可再生的太阳能聚焦供热耦合生物质超临界水气化制氢是可行的。     

生物质模型化合物在超临界水中的气化

在间歇式高压反应釜中,以K2CO3为催化剂,在450℃,27.5MPa条件下对生物质的三种主要成分纤维素、半纤维素、木质素以及它们的混合物在超临界水中进行了气化制氢的实验研究,初步讨论了气化反应机理.研究结果表明：相同反应条件下,纤维素的气化效果最佳、半纤维素次之、木质素最差;混合物中木质素的存在会抑制H2和CH4的生成,但抑制作用随着其质量分数的减少而减弱.纤维素和半纤维素之间没有明显的相互作用.同时,获得了预测产气量与混合物中纤维素、半纤维素和木质素质量分数之间关系的关联式,实验证明,关联式预测精度在±10%以内.     

卧式螺旋管内烧干特性

在中低压条件下,对卧式放置螺旋管中汽-水两相流烧干特性进行了实验研究,探讨了螺旋管内烧干机理。结果表明,卧式螺旋管内烧干主要受二次回流及沿烧干点的热扩散作用控制。烧干首先在管圈出口处发生,然后再扩展到上游。在同一截面上,烧干首先在管圈前侧和后侧发生。在实验基础上,给出了卧式螺旋管临界干度计算式。     

垂直圆管内湍流泡状流的数值研究

在经典Euler/Euler型水动力模型基础上,引入考虑不同直径气泡的种群平衡方程来描述气液两相泡状流,对液相和气相分别建立了基本方程,通过对气泡的受力分析并考虑气泡之间聚合和破碎效应后给出了本构方程,建立了封闭的双流体模型并用于垂直管道湍流泡状流的三维数值模拟.模型预测值与实验数据的比较结果表明该模型能较好地模拟垂直管道湍流泡状流中的相含率分布、速度分布、湍动能分布、气泡直径分布以及气泡直径分布的演变过程.     

下进风袋式除尘器内部气固两相流动数值模拟

为了研究袋式除尘器滤袋失效机理 ,进一步指导除尘器的设计、运行和改进 ,通过简化滤袋结构和应用结构化 /非结构化混合网格技术 ,对DMC180型下进风袋式除尘器实际运行条件下的内部气固两相流动进行了数值模拟。计算结果表明 ,袋室内形成了旋涡回流和不均匀压力场 ,袋室后端滤袋组过滤速度和滤袋间隙速度大大超过最大允许值 ,是后端滤袋易于磨损失效的主要原因。通过计算还得到了不同处理风量和过滤介质表观渗透率条件下 ,各滤袋组过滤速度和颗粒沉积量分布规律。指出了该型袋室结构设计缺陷和改进方向