一、热物理参数对燃料电池内传质过程的影响（论文文献综述）
陈静娴[1]（2021）在《空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究》文中研究表明随着移动通讯技术的快速发展,便携式电子设备已成为人们日常生活不可或缺的一部分,各类高性能电子设备的发展对微型移动电源的高功率输出与待机时间提出了高要求。微流体燃料电池以其清洁、高效等特点被认为是未来便携式电源可持续发展的重要方向,也是解决环境污染问题的理想途径。此外,它能够满足延长工作时间和电源体积小型化的要求,在电流密度方面与宏观电池系统相当,具有广阔的应用前景。目前对于微流体燃料电池的研究尚处于理论分析的阶段,为加速其投入商业化应用,必须考虑其在实际应用场景中所受环境或其自身固有振动影响。便携式电子设备随着人体的活动受到震荡,故而电池会在各种干扰力下运行,电池内部流体因振动效应产生交叉混合。此外,当以有机燃料作为还原剂参与电化学反应时生成的二氧化碳（CO2）气体会对平行层流造成扰动,引起对流混合和燃料渗透。因此气液两相流和振动效应是燃料电池实际应用中需要考虑的两个重要因素,而目前对微流体燃料电池的理论研究工作十分有限,尚不能较好地为性能提升与结构优化提供理论依据。针对以上问题与不足,本文立足于剖析基于振动和气液两相流耦合效应下的微流体燃料电池内部流体流动与物质传递的机理,分别构建了忽略气相物质存在的单相与假设气相物质存在的两相微流体燃料电池数值计算模型,对耦合振动效应下电池运行时内部流体流动状态与物质传输特性进行了模拟研究,主要研究内容包括:（1）分别构建了三维单相平面阳极与可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池数值模型,对重力效应及主要结构参数进行了综合分析,并对主要影响因子进行标准化灵敏度分析;（2）构建了基于相场模型的两相微流体燃料电池模型,模拟了不同运行工况下CO2气泡的生长与迁移过程,同时预测了不同时刻下电池性能响应;（3）构建了基于欧拉-欧拉模型并耦合振动效应的两相平面阳极微流体燃料电池模型,模拟了振动干扰时电池内部流体流动状态,参数化分析了振动与主要运行参数对电池性能与气液两相流动的影响;（4）构建了基于振动与气液两相流耦合效应下的可渗透阳极微流体燃料电池计算模型,预测振动效应对电池性能及两相流动特性的影响,评估其在振动与两相流耦合效应下的性能响应。本文主要研究成果如下:（1）对于平面阳极微流体电池而言,重力效应对其速度场与燃料浓度分布有显着影响,增大进液流量能够减轻重力效应在入口段速度域的干扰;随着电池放置角度从0?增加至30?,平面电极电池的电流与功率密度输出逐渐增大,当旋转角度超过30?时,电池功率输出逐渐降低;相较于平面阳极微流体燃料电池,具有可渗透电极的微流体燃料电池在重力效应作用下也能够维持稳定的功率输出,且电池性能基本不受旋转角度的影响。（2）伴随着电化学反应生成的CO2气泡会减少阳极活化反应面积,阻碍燃料传输,增大欧姆内阻,降低电化学反应速率,从而削弱电池性能;接触角的增大能降低气体与通道壁的粘滞程度,加速气体的扩散,及时为电化学反应提供活性反应位点,使得燃料能够及时参与电化学反应。（3）振动效应极大影响微流体燃料电池的性能。振动强度和振动频率的持续增大加剧了燃料的交叉混合,延缓了气相物质的扩散流动,并且寄生电流密度在总电流输出中所占比例增大,严重削弱电池电流与功率输出。（4）进液流量的增加能够在一定程度上抵御振动效应带来的影响,限制燃料的交叉混合,同时加速气相的流动,但是会造成燃料的浪费,进液流量与燃料浓度的最佳供给是提高电池性能和牺牲燃料利用率之间的一种折衷。（5）燃料利用率与电流密度密切相关,?效率与功率输出成正比,提高电池电化学反应速率是提高燃料转化效率,促进微流体燃料电池可持续发展的有效途径。（6）相较于平面阳极电池,具有可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池抗振性能较优异,当振动加速度度超过0.5 m s-2时,平面阳极微流体燃料电池濒临失效,而可渗透阳极电池在振动加速度为6.0 m s-2的紧急制动工况下依旧能有效运行。
卫超强[2]（2021）在《不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响》文中研究指明质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为一种新型的能量转换装置,将化学能直接转化为电能,突破了卡诺循环的限制。由于其高效率、零污染等优点,受到了众多学者的关注。但PEMFC离大范围应用还有诸多工作要做,例如需要进一步提升其输出性能。本文针对燃料电池输出性能较低的问题,研究了运行温度、工作压力、加湿度以及质子交换膜（Proton Exchange Membrane,PEM）厚度对燃料电池输出性能的影响,建立了稳态单流道的燃料电池模型,揭示了不同操作条件下燃料电池内部各个物理量的分布特性,也探究了不同的操作条件对PEM上电流密度和水含量分布的影响。本文的主要内容如下:首先根据PEMFC的种类和工作原理,分析了其净输出电压,总结了近年来关于电池输出性能的研究进展,且基于燃料电池动力学、热力学以及流场分析理论,建立了单流道三维稳态的计算模型,并对模型的物理参数和边界条件进行设置。然后利用COMSOL对其二次电流分布、浓物质传递、多孔介质流动以及固体传热过程进行了数值模拟,计算得出PEMFC在不同操作条件下对其输出性能影响的极化曲线,以及电池稳态运行时氢气、氧气、水含量与电流密度的分布云图。最后对仿真结果进行对比分析。在相同的条件与几何参数之下,依次改变燃料电池的运行温度、压力、加湿度以及质子交换膜厚度这四个变量中的一个变量,对燃料电池的极化曲线进行计算,并对其运行过程中质子交换膜上的水含量以及电流密度的分布云图进行对比。结果表明:（1）当电池的相对湿度为100%、运行压力为2atm、运行温度范围为333K～353K时,当运行温度升高时,PEMFC的最大功率提高,电池反应剧烈,PEM的水含量增加使膜电导率增加,从而降低了电池的内阻,使得燃料电池的活化过电压、欧姆过电压以及浓差过电压都降低,最后提高输出电压。（2）当电池的运行温度为353K、相对湿度为100%、运行压力为1atm～2atm时,压力升高会使PEM的水含量提高,并且压力升高促使电池反应速率加快,改善电池的输出性能;当电池的运行温度为353K、运行压力为2atm时,电池的进气加湿度越高,PEM的水含量越高,电流密度的分布范围更广,电池的输出性能越好。（3）PEM的厚度对燃料电池的性能有很大的影响,且对其水含量以及电流密度的分布都有影响。在一定范围内膜越薄,其内阻越小,欧姆损失电压越小,燃料电池的输出电压和输出功率越高。
郑宇[3]（2021）在《PEMFC传热传质研究》文中提出质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）是一种能够把燃料中的化学能不通过燃烧反应而直接转变成电能的高效能量转换系统。质子交换膜燃料电池不像传统热机受卡诺循环热效率的限制,因而能量转换效率高,能量密度大,有望未来被广泛应用于汽车等移动设备上。并且燃料电池具有清洁高效、噪音低等优势,被认为是未来重要的动力源。近年来随着人们环保意识的增强,越来越多的研究机构和企业对质子交换膜燃料电池的研究也越来越深入。由于质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池,工作温度一般低于100℃,在其工作过程中容易产生大量的水分并发生复杂的相变过程,尤其是在高电流密度条件下,产热量与产水量大幅增加,大量的能量以热能的形式耗散,并且液态水的产生容易堵塞多孔介质气体扩散层与多孔介质催化层,降低了反应气体与催化表面的接触面积,加剧燃料电池的浓差极化。复杂的相变过程产生的相变热也影响着燃料电池的热管理策略。而燃料电池往往需要在中、高电流密度条件下工作,因此,燃料电池的水热管理尤其在中、高电流密度下的水热管理研究一直是燃料电池研究的热点与难点。为进一步优化PEMFC的水热管理,提高燃料电池的性能,建立了多维、非等温、包含相变过程的数值模型。主要研究内容如下:通过研究质子交换膜燃料电池的气传输过程,优化了流场结构,强化反应气体的传质过程提升电池的性能表现,提高功率密度的输出。比较了不同流道几何尺寸对燃料电池的传质性能的影响,并分析了混合型流场与多通道蛇形流场的优缺点,比较了两种流道在应对反应气体分布不均匀情况下的表现以及排除液态水的性能。通过采用水平集方法追踪了气液相界面移动过程,分析了流道内液态水的产生、破裂、传输过程,并分析了多孔介质扩散层材料的亲、疏水性对液态水形态变化的影响,以及验证了重力辅助排水方案对排除液态水性能的优化效果。总结了几种行之有效的改善液态水排除效果的方案。通过建立两相、非等温的仿真模型分析了多孔介质层内部存在的气液两相流过程以及气液相变过程,分析了流道气流速度对液态水含量变化的影响,结果表明,适当提高流道入口的气体流速不仅有利于流道内积聚的液态水的排出,也更加有助于多孔介质催化层和多孔介质扩散层内生成的液态水的排出。最后建立的包含冷却流道的全电池两相、非等温、三维仿真模型采用文献中通过实际试验得到的液态水产生量为依据,避免了纯数学、物理公式和经验公式难以精确反应电池实际运行条件的弊端,考虑了液态水的产生对多孔介质孔隙率以及多孔介质渗透率的影响,分析了液态水对电池浓差极化产生的影响,并分析了冷却水流量对燃料电池散热的影响。
万兴文[4]（2021）在《固体氧化物燃料电池预热过程温度梯度形成规律研究》文中提出固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种非常具有前景的发电装置,具有高效、节能环保和燃料适用性广等优点。SOFC的工作温度在600-800℃,在其启动过程中需首先加热至启动温度。因此,如何将SOFC快速安全加热至启动温度是当前制约其发展的主要问题之一。采用高温气体加热SOFC堆时,各部分温升不一致引起的热应力是其启动过程中产生结构破坏的重要原因之一。因此,十分有必要对SOFC预热过程温度梯度形成规律进行研究,分析电池内部的传热机理,为电池预热过程的优化设计提供参考价值。本文首先基于质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,结合SOFC基本原理与特性,建立SOFC加热升温数值模型,并将模型计算结果与文献中模型结果进行对比,验证了该模型结果的有效性。随后用该模型对SOFC预热升温过程进行模拟,深入分析了加热气体工作参数和不同热气流加热方式对预热时间和最大温度梯度的影响规律,然后重点研究了不同工作参数下SOFC预热升温过程中的温度分布,得出电池的升温特性:SOFC升温不仅需要在加热气体和电池之间形成温差,还需要在电池出入口与中间形成沿流道方向（Z方向）的温度梯度。而增加入口升温速率、入口速度和流道背压均会加速电池内沿流道方向温度梯度的发展,从而缩短预热时间。基于此升温特性,针对加热气体的入口升温速率,本文提出了一个优化升温方案,使得在电池入口处与中部之间快速形成一个安全的温度梯度,能有效缩短预热时间。同时,本文从不同工作参数下SOFC预热过程中最大温度梯度位置变化规律入手,结合传热学相关知识,研究预热升温过程中最大温度梯度的形成规律。结果表明,最大温度梯度始终在加热气体入口处流道下方的电极内形成,加热气体工作参数能显着影响最大温度梯度值的变化。进一步研究发现,SOFC入口处存在异常高温度梯度。随后,本文针对该现象进行参数分析,重点分析流道入口效应及其对入口高温度梯度的影响,结果表明,入口处异常高温度梯度虽然类似于流道入口效应,但却不仅是由于此单一因素造成,入口设置为定壁温边界条件也是其形成原因之一。最后,基于此分析结果,本文提出一个改善的SOFC加热升温模型,能有效降低入口处的高温度梯度。综上所述,本文通过数值模拟的方法对SOFC预热过程的传热规律及温度梯度形成规律进行了研究,归纳和总结了SOFC预热过程中温度梯度的主要影响因素。研究内容和结果对SOFC预热优化具有一定的参考意义。
王昌进[5]（2021）在《多孔介质单相气体扩散及气液两相扩散的分形模型研究》文中指出多孔介质中气体扩散现象是能源开采,多孔材料设计与制造,化学工程等领域的重点研究问题。探究多孔介质内部气体扩散规律,构建多孔介质气体扩散模型对于非常规天然气的开采评价以及对燃料电池气体扩散层的设计制造具有重要意义。但是多孔介质的微观结构复杂、且不同种类的多孔介质之间有较大差别,很难全面分析多孔介质孔隙的微观结构对气体扩散的影响,这让传统的研究方法在研究多孔介质的气体扩散现象时具有较大的局限性。研究表明一般的多孔介质在一定尺度内具有自相似性或随机性等分形特征。因此,本文通过分形理论对多孔介质内部结构进行模拟,对复杂的多孔介质孔隙结构进行了定性与定量的描述。然后系统性的研究了具有分形结构的多孔介质气体扩散规律,构建了多孔介质中扩散过程的数学模型。主要研究内容如下:（1）分析了具有分形特性的弯曲毛细管束模型中的相关参数,然后对毛细管束模型中的流动区域进行了划分,根据划分的流动区域对渗透率修正因子进行了简化处理,得到了易于计算的单根弯曲毛细管中的流量模型。（2）基于弯曲毛细管束模型和渗透率修正因子的简化模型,结合菲克定律以及单相气体扩散规律,推导出了新的多孔介质中单相气体的有效扩散系数。通过与实验对比验证了新理论的准确性,并分析了孔隙度、面积分形维数、孔径比、特征长度和迂曲度分形维数等参数对有效扩散系数的影响。（3）基于弯曲毛细管束模型和气液两相流动特征建立了非饱和气体扩散层中气体有效扩散系数的数学模型。根据多孔介质的表面特性不同,将其分为了亲水和疏水两种类型并分别与实验数据进行了对照,证明了气液两相扩散模型的正确性。详细分析了亲水性和疏水性对扩散的影响。（4）使用分形-蒙特卡罗法来进一步论证本文建立的气体有效扩散系数的数学模型,对单相气体扩散模型和气液两相扩散模型进行了分形-蒙特卡罗表述,通过计算机程序输出了单相和两相情况下的有效扩散系数。然后将数值模拟结果与实验数据、数学模型进行对比来验证其正确性。最后对数值模拟过程中的关键参数进行了分析。研究结果显示:单相气体扩散中,渗透率修正因子、孔隙度、分形维数、最大孔隙直径等参数对有效扩散系数影响很大;气液两相扩散过程中,亲水性和疏水性、液相饱和度、分形维数等参数对扩散系数有较大的影响;分形-蒙特卡罗方法在多孔介质气体扩散研究当中具有较强的适用性。以上工作对非常规天然气的评价与开发,燃料电池气体扩散层的设计与制造都具有一定的参考价值。
邢晓晔[6]（2020）在《微生物燃料电池阳极优化实验研究》文中认为微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是材料科学、微生物学、生物化学、电化学、传质学、燃料电池科学和新能源技术等科学领域交叉融合而发展起来的一种利用废水中的有机质获取电能的前沿电能生产与污水处理技术。由于微生物燃料电池是一项跨学科技术,所以系统学习和理解交叉学科知识对研究微生物燃料电池的性能优化具有重要意义。本课题首先对微生物燃料电池相关基础理论知识进行了梳理总结,然后利用相关理论知识作为指导,确定阳极优化的具体研究方向。对MFC现有基础理论的归纳总结工作包括四个部分。一是微生物燃料电池的热力学基础,对本研究中实验用的阳极和阴极进行理论最大电压的计算;二是微生物燃料电池的产电机理,包括产电菌内的生物氧化过程和产电菌外的电子传递机理;三是微生物燃料电池的电化学极化现象,以及讨论各类型内阻的来源与构成,由此分析降低内阻的有效途径;四是微生物燃料电池内部的传质现象描述。本课题共制备了两种MFC阳极的修饰材料,实验结果表明两者皆可有效提高MFC性能,具体研究内容如下:（1）将含氮量高的生物质原料蒲公英种子进行一步碳化和KOH活化,制备了具有高比表面积的自掺杂氮碳纳米片（N-CNS）,并将蒲公英种子不经KOH活化直接碳化制备的多孔碳（N-UA-CNS）,两者皆用于MFC阳极碳布修饰材料,并表征其材料性能和对MFC性能的影响。表面形貌测试表明,N-CNS和N-UA-CNS都具有大量的多孔结构,并且N-CNS的孔大小比起N-UA-CNS更适宜产电菌的附着生长。同时,N-CNS的BET比表面积为2107.5 m2?g-1,高于N-UA-CNS的,这可能是KOH活化作用的成孔反应造成的结果。EIS测试表明两者欧姆内阻相差不大,活化阻抗差异很大,N-CNS-CC的活化阻抗为2.7Ω,N-UA-CNS-CC的活化阻抗为4.0Ω,都小于空白碳布（CC）的。N-CNS-CC为阳极的MFC在启动时间,输出电压稳定性和最高输出电压上都表现出明显优势,并且最大功率密度为1122.41 m W?m-2,是N-UA-CC为阳极的MFC的最大功率密度的1.3倍,CC为阳极的MFC的最大功率密度的1.6倍。以上结果说明N-CNS能显着提升MFC阳极性能,生物质原料价廉易得,无需额外步骤即可达到自掺杂氮的目的,实际化应用前景广阔。（2）以沸石MCM-22为模板,镍离子为催化剂,蔗糖为碳前驱体制备了多孔碳材料（PC）和模板材料被混酸溶液刻蚀之前的中间产物（Ni-MS-PC）,两者皆用于MFC阳极碳布修饰材料,并表征其材料性能和对MFC性能的影响。表面形貌测试表明PC为微米级片状结构。PC的BET比表面积测试为578.66m2?g-1,高于Ni-MS-PC的。EIS测试结果表明PC修饰碳布（PC-CC）和Ni-MS-PC修饰碳布（Ni-MS-PC-CC）的活化内阻仅为2.6Ω和3.2Ω,都小于CC。CV测试结果中,PC-CC和Ni-MS-PC-CC的响应电流较CC略有增大。这说明修饰材料可以有效降低CC在参加氧化还原反应的活化能垒。PC-CC阳极的MFC的阳极室出水COD去除率为89.69%,高于Ni-MS-PC-CC阳极的MFC,并且两者都高于CC阳极的MFC。PC-CC阳极的MFC的最大功率密度为900.94 m W?m-2,较Ni-MS-PC-CC阳极的MFC提高了9.00%。以上结论说明PC作为MFC阳极修饰材料能够表现处优良的性能,而其模板法的制备流程简单,具有扩大化的可能性,是一种具有广阔前景的MFC阳极修饰材料。
葛睿彤,郑艺华[7]（2020）在《燃料电池传热传质分析进展综述》文中研究说明本文介绍了国内外在燃料电池传热传质领域的研究方法与进展。燃料电池作为高效清洁发电装置,影响其技术实用化的两个重要问题是热管理和传质受阻,充分了解传热传质规律对于提高电池效率至关重要。围绕固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）展开,从技术手段、研究进展等方面对前人的研究归纳和评析,包括温度测量及热质分析的研究方法,不同燃料电池产热及传热方式、温度分布、传质情况、改善电池性能可采取的有效手段。分析表明,涉及DMFC传热以及MCFC传质方面的研究较为欠缺,可考虑增加相关方面的研究。实验方法多应用于燃料电池测温,不同方法应用背景不同,各有优缺点。有限容积法作为数值模拟最常用的方法,计算量大,需依靠软件实现,不同软件适用于不同工况分析。可考虑基于数值模拟结合最优化算法处理实验数据,将模拟和实验结合,有望成为燃料电池传热传质领域更高效、准确的研究方法。
谢旭[8]（2019）在《电极与流场结构对PEMFC低温启动与常温性能的实验和模拟研究》文中研究说明质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其功率密度高、动态响应快、运行温度低、环境友好等优点受到全球的广泛关注,被认为是传统动力源的极具潜力替代品之一。从运行时间和成本上,质子交换膜燃料电池汽车（PCV）已表现出极大的市场化潜力。但低温启动和流场优化两项技术依然是目前商业化进程的技术难点,也是近些年来学者们关注和研究的主要对象。如何在不利用辅助热源的前提下,通过优化电池结构和匹配有效启动策略,提升自启动能力和缩短冷启动时间是低温启动过程中极为关键的两个问题。传统的“沟脊式”流道面临气体分布不均匀等问题,严重制约了电池传热传质过程,限制了功率密度的提升。金属泡沫由于孔隙率高、质轻等特性,被认为是极具潜力的流道替代品。但目前金属泡沫在燃料电池应用领域,从材料选型、流场设计到泡沫内部的组分传输机制,尤其是低温启动方面的研究还十分欠缺。本文以PEMFC中电极以及流道结构为研究对象,探究了常温工况下各项结构参数对电池内部水热传输的影响,并揭示了低温工况下电池内部的结冰规律。此外,对低温工况下电池启动策略进行了探讨。实验方面,结合电化学分析方法,对电池常温工况下阻抗变化和低温启动过程中吹扫、冷冻、结冰等过程进行表征。针对新型镍金属泡沫在燃料电池中的应用,通过离线与在线实验分析相结合的方式,探究了泡沫应用过程中的技术优势与难点,并优化了泡沫制备工艺和流场设计细节。模拟方面,通过搭建一维低温启动模型和三维多相稳态模型,对上述电池低温启动和金属泡沫流场优化实验进行补充,同时对电池内部的水-热传输和结冰机理进行更深一步的研究。主要研究工作包括以下四个方面:1.电极影响规律实验:考虑到电解质水合效应和微孔层（MPL）有助于电池内部的水管理,通过实验对比不同电解质含量（I/C比）和MPL组合方式对电池常温输出和低温启动性能的影响,提出并验证了I/C比增加催化层（CL）核心产水区域朝MPL侧移动的猜想,探究了阴阳极MPL在不同启动温度下对电池内部结冰过程的影响和低温启动过程中电极反转现象。I/C比实验结果揭示了电解质含量增高可以降低在常温工况下电池对进气湿度的依赖,电子扫描显微镜展示了电解质含量过高CL会明显结块,从而降低电池输出性能和低温启动性能;MPL实验结果表明阳极MPL在启动温度-7和-10℃时对低温启动具有积极作用。当阳极缺氢时,启动初期会出现由于碳腐蚀和水电解导致的电压反转。结合理论分析与实验结果,揭示了冷启动过程中水的结冰规律,为电极优化提供理论支持。2.低温启动过程模拟:基于MATLAB搭建一维单电池低温启动模型。模型考虑了过冷却水的存在,分析了运行参数、CL结构参数、启动模式对电池低温启动性能的影响。结果表明启动温度、电流和初始水含量会对电池低温启动性能产生重要影响,进而需要匹配不同的启动策略。CL结构参数优化在冰点下快速升温和常温下功率快速上升往往是矛盾的。恒电流、恒电压、最大功率及变电流启动模式根据电池初始状态各有优缺点,基于电池内部水含量和温度开发混合式启动模式具有积极的意义。3.金属泡沫流场在线性能实验与离线表征:结合电化学手段,对比了平行流道与金属泡沫作为阴极流场时电池在常温和低温下的性能。探究了常温下进气湿度和低温下启动温度、电流及初始水含量对电池性能的影响。实验结果表明金属泡沫电池功率密度是传统电池的3倍,同时也面临电池容易水淹的问题。金属泡沫相比平行流场电池金属泡沫电池在低温启动输出性能和储冰量上具有更大的优势。对金属泡沫进行了接触角、渗透性、应力应变及内阻等离线表征并设计加工了新型歧管式金属泡沫PEMFC结构。探究了泡沫类型、压缩和PTFE处理对材料物理特性以及重力和进气方式对新型金属泡沫PEMFC性能的影响规律。离线实验结果表明泡沫具有良好的流场开发潜力且新型泡沫电池设计可以有效缓解金属泡沫的水淹问题。4.分层金属泡沫PEMFC设计与三维模拟:基于有限元软件Fluent搭建了三维多相流稳态模型,对比了不同疏水性、孔隙率和渗透性的金属泡沫对电池性能的影响规律。低接触角低、低孔隙率和高渗透性可以促进液态水在泡沫中储存。发现在远离催化层的一侧选用更亲水及孔隙率更低的泡沫材料,在毛细压力的作用下可以有效的缓解水淹并提高电池的自增湿性能,为PEMFC应用过程中降低对附属加湿设备的依赖提供了新的策略。
徐礼康[9]（2019）在《基于孔隙尺度对锌镍单液流电池内电化学反应机理的研究》文中研究表明随着传统化石燃料的大量使用,环境污染日益加重,以风能、太阳能等可再生能源补充甚至替代传统化石能源已刻不容缓。为实现风能、太阳能等可再生能源稳定供电,开发高效的大规模储能技术具有非常重大的意义。液流电池相比于其他储能技术具有输出功率和容量相互独立,系统设计灵活,使用寿命长,运行稳定,能量效率及可靠性高等突出优势,应用前景非常广阔。锌镍单液流电池是一种单液流电池,由防化研究院于2007年提出,其正极为多孔烧结氧化镍,负极采用镀镍冲孔钢带作为负极的基体,电解液为碱性锌酸盐溶液。锌镍单液流电池具有系统简单、高能效、低成本、长循环寿命的特性。锌镍单液流电池为大规模储能提供一个优良的解决方案。本文利用格子Boltzmann方法（LBM）从孔隙尺度研究了锌镍单液流电池多孔正极内的流动传质与电化学反应的耦合问题,分析了锌镍单液流电池多孔正极充电过程中的电化学反应机理,主要研究工作如下:1)提出了一种描述稳态条件下锌镍单液流电池烧结镍电极内部传质和化学反应的孔隙尺度LBM模型,但只考虑了OH-浓度的变化及其对电化学反应的影响。模拟了电池充电过程中,正极荷电状态为50%时的稳态反应过程,探究了进口电解液流速、充电电流密度及多孔电极孔隙率对电极内OH-传质和化学反应的影响。2)提出了一种描述稳态条件下锌镍单液流电池电极内部传质和化学反应的孔隙尺度LBM模型。考虑了OH-、H+、过电位等因素,建立了比较完善的锌镍单液流电池流动传质LBM模型,模拟了电池充电过程中,正极荷电状态在50%时的稳态反应过程,得到了孔隙内OH-浓度、电流密度、固相质子浓度、固液相电势以及过电位的分布规律;探究了进口电解液流速、充电电流密度及多孔电极孔隙率对电极内传质和化学反应的影响。3)提出了一种描述瞬态条件下锌镍单液流电池烧结镍电极内部传质和化学反应的LBM模型,模拟了电池充电过程中的瞬态反应过程,得到了孔隙内OH-浓度、电流密度、固相质子浓度在充电过程中的分布规律;探究了充电电流密度、多孔正极厚度及多孔电极孔隙率对电极内传质和化学反应的影响。基于上述工作,获得了一些锌镍单液流电池多孔正极内传质规律及电化学反应机理。
王威强[10]（2019）在《基于超声雾化供给的DMFC传质特性研究》文中指出直接甲醇燃料电池（DMFC）因具有理论能量密度高、操作简单等优点被认为是替代传统锂电池的不二之选。但是直接甲醇燃料电池的推广和应用受到甲醇渗透等问题的影响。本文所依托的课题提出利用超声雾化供给的方式来缓解甲醇渗透,课题前期已经通过实验验证了超声雾化的有效性。本文在此基础上使用仿真的方式来研究超声雾化DMFC中甲醇的传质过程,提出优化甲醇传质、缓解甲醇渗透的措施。本文主要研究内容主要包括以下几个方面:首先,本文将超声雾化DMFC系统甲醇的传质分为三个部分:棉芯传质、雾化片传质以及电池膜传质,并分别建立各个部分传质的仿真模型。棉芯传质部分的模型是将棉芯简化为一定量的毛细管,分析甲醇在单根毛细管中的受力、流动过程以及流速的影响因素。通过仿真研究了棉芯毛细管直径、传质所处的工作环境以及棉芯的放置方式对棉芯传质速度的影响。研究发现:甲醇在棉芯中的传质高度随着棉芯毛细管半径的增大而减小;随着环境温度从20°到50°,甲醇在棉芯内传输的速度越来越大,但甲醇在棉芯中达到的稳定高度随着温度升高而降低。其次,雾化片传质部分采用ANSYS软件对雾化片模型进行模态和谐响应的有限元分析。模态分析确定了雾化片的固有频率和振型,针对实际工作情况确定最佳模态并进行谐响应分析,分析了雾化片结构包括微孔雾化片金属基片厚度以及压电陶瓷圆环内径对雾化片振动的影响,并和实验结果进行对比。结果表明,仿真得出雾化片的最佳驱动频率是111.47KHZ,通过测振实验和雾化量实验得出雾化片的最佳驱动频率为110.58KHZ。最后,电池膜传质部分是对电池膜各层中各物质传输过程进行分析并依次建立各物质在膜中传输时的数学模型。通过仿真得出电池膜中甲醇、氧气分压、离子电势以及阳极质子电流密度等各物理量在电池厚度方向上的分布情况,将电池性能以及甲醇渗透量作为评判甲醇传质的标准,考察了电池操作条件包括电池的工作温度、甲醇浓度,电池结构包括扩散层厚度、扩散层孔隙率、催化层厚度、催化层孔隙率以及电解质膜厚度对电池性能的影响。仿真结果表明:甲醇和氧气的传质阻力集中在扩散层;电池的工作环境温度越高电池性能越好;相对于甲醇进料浓度、扩散层结构以及电解质膜结构,催化层结构参数对甲醇传质的影响较大。通过本文的模拟结果,得到了超声雾化甲醇燃料电池系统内部棉芯、雾化片以及电池膜中甲醇的传质规律,为超声雾化甲醇燃料电池系统中棉芯和雾化片的选用以及电池膜结构的改进提供理论依据。
二、热物理参数对燃料电池内传质过程的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、热物理参数对燃料电池内传质过程的影响（论文提纲范文）
（1）空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 物理量名称及符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微流体燃料电池 |
| 1.2.1 微流体燃料电池工作原理 |
| 1.2.2 微流体燃料电池中流动 |
| 1.2.3 影响电池性能的主要传质现象 |
| 1.3 微流体燃料电池研究现状 |
| 1.3.1 微流体燃料电池电极 |
| 1.3.2 两相流 |
| 1.3.3 机械振动 |
| 1.4 论文选题意义和主要研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第二章 三维平面阳极与可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池性能分析 |
| 2.1 三维空气自呼吸微流体燃料电池流体动力学模型 |
| 2.1.1 模型描述 |
| 2.1.2 模型假设 |
| 2.1.3 控制方程 |
| 2.1.4 燃料利用率与?分析 |
| 2.1.5 灵敏度分析 |
| 2.1.6 求解步骤 |
| 2.2 计算结果与讨论 |
| 2.2.1 模型验证 |
| 2.2.2 重力效应对电池性能的影响 |
| 2.2.3 结构参数对电池性能的影响 |
| 2.2.4 ?效率与燃料利用率 |
| 2.2.5 灵敏度分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于相场模型的两相空气自呼吸微流体燃料电池的传输特性及性能研究 |
| 3.1 基于气泡动力学的两相微流体燃料电池的数学模型 |
| 3.1.1 模型描述 |
| 3.1.3 控制方程 |
| 3.1.4 边界条件 |
| 3.1.5 求解步骤 |
| 3.2 计算结果与讨论 |
| 3.2.1 模型验证 |
| 3.2.2 进液流量的影响 |
| 3.2.3 壁面接触角的影响 |
| 3.2.4 燃料浓度的影响 |
| 3.2.5 表面张力的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 振动效应下平面阳极微流体燃料电池传输特性 |
| 4.1 振动与两相流耦合效应下平面阳极微流体燃料电池的数学模型 |
| 4.1.1 模型描述 |
| 4.1.2 模型假设 |
| 4.1.3 控制方程 |
| 4.1.4 边界条件 |
| 4.1.5 求解步骤 |
| 4.2 计算结果与讨论 |
| 4.2.1 模型验证 |
| 4.2.2 基本工况 |
| 4.2.3 振动强度的影响 |
| 4.2.4 振动频率的影响 |
| 4.2.5 接触角的影响 |
| 4.2.6 进液流量的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 可渗透微流体燃料电池抗振性能评估 |
| 5.1 振动与两相流耦合效应下可渗透阳极微流体燃料电池的数学模型 |
| 5.1.1 模型描述 |
| 5.1.2 模型假设 |
| 5.1.3 控制方程 |
| 5.1.4 灵敏度分析 |
| 5.1.5 边界条件 |
| 5.1.6 求解步骤 |
| 5.2 计算结果与讨论 |
| 5.2.1 模型验证 |
| 5.2.2 振动强度的影响 |
| 5.2.3 振动频率的影响 |
| 5.2.4 进液流量的影响 |
| 5.2.5 接触角的影响 |
| 5.3 运行参数对系统转化效率的影响 |
| 5.3.1 对燃料利用率的影响 |
| 5.3.2 对?效率的影响 |
| 5.3.3 灵敏度分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究工作的不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
（2）不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 燃料电池 |
| 1.2.1 燃料电池的分类 |
| 1.2.2 PEMFC的工作原理 |
| 1.2.3 PEMFC的净输出电压 |
| 1.3 PEMFC的研究现状 |
| 1.3.1 PEMFC的应用现状 |
| 1.3.2 PEMFC的国内外研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 PEMFC数学模型的建立 |
| 2.1 PEMFC流场分析模型 |
| 2.1.1 质量守恒方程 |
| 2.1.2 动量守恒方程 |
| 2.1.3 能量守恒方程 |
| 2.1.4 组分守恒方程 |
| 2.1.5 多孔介质扩散 |
| 2.2 燃料电池热力学 |
| 2.2.1 Gibbs自由能 |
| 2.2.2 Nernst电压 |
| 2.3 燃料电池动力学 |
| 2.3.1 PEMFC开路电压 |
| 2.3.2 PEMFC的活化过电位 |
| 2.3.3 PEMFC的欧姆过电位 |
| 2.3.4 PEMFC的浓差过电位 |
| 2.3.5 水的电渗拖曳现象 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 PEMFC的仿真建模 |
| 3.1 PEMFC建模以及物理参数的定义 |
| 3.2 COMSOL仿真计算步骤及设置 |
| 3.2.1 定义与边界设置 |
| 3.2.2 材料 |
| 3.2.3 二次电流分布 |
| 3.2.4 浓物质传递 |
| 3.2.5 多孔介质流动与固体传热 |
| 3.2.6 网格划分 |
| 3.2.7 COMSOL求解 |
| 3.3 稳态条件下PEMFC的运行状况 |
| 3.3.1 氢气与氧气的分布状况 |
| 3.3.2 质子交换膜上的反应状态 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 不同参数对PEMFC输出性能影响的分析 |
| 4.1 温度对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.1.1 PEMFC的极化曲线 |
| 4.1.2 PEMFC的功率 |
| 4.1.3 不同工作温度下PEMFC的活化损失电压 |
| 4.1.4 不同工作温度下PEMFC的欧姆损失电压 |
| 4.1.5 不同工作温度下PEMFC的浓差损失电压 |
| 4.2 压力对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.2.1 氢气浓度分布 |
| 4.2.2 压力对PEM上水含量以及电流密度的影响 |
| 4.2.3 不同工作压力下PEMFC的输出电压 |
| 4.3 加湿度对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.3.1 水含量的分布 |
| 4.3.2 加湿度对PEM上水含量以及电流密度的影响 |
| 4.3.3 不同加湿度对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.4 质子交换膜厚度对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.4.1 水含量的分布 |
| 4.4.2 质子交换膜厚度对水含量及电流密度的影响 |
| 4.4.3 不同质子交换膜厚度对PEMFC输出性能的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）PEMFC传热传质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氢氧质子交换膜燃料电池 |
| 1.2.1 质子交换膜燃料电池工作原理 |
| 1.2.2 质子交换膜燃料电池结构 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 PEMFC一维模型 |
| 1.3.2 PEMFC二维模型 |
| 1.3.3 PEMFC三维模型 |
| 1.3.4 两相流模型 |
| 1.3.5 研究现状总结 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 PEMFC传热传质数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模型假设 |
| 2.3 守恒方程 |
| 2.3.1 质量守恒方程 |
| 2.3.2 动量守恒方程 |
| 2.3.3 组分守恒方程 |
| 2.3.4 能量守恒方程 |
| 2.3.5 电荷守恒方程 |
| 2.4 电极动力学 |
| 2.5 多孔介质流体动力学 |
| 第3章 PEMFC气传输管理 |
| 3.1 流道截面形状的影响 |
| 3.2 模型建立与验证 |
| 3.2.1 模拟结果及验证 |
| 3.3 单通道结果分析 |
| 3.3.1 单通道蛇形流道的压力分布 |
| 3.4 多通道结果分析 |
| 3.4.1 压力分布 |
| 3.4.2 氧气浓度分布 |
| 3.4.3 极化曲线与功率输出 |
| 3.5 混合蛇形流道 |
| 3.5.1 气体流速 |
| 3.5.2 氧气浓度分布 |
| 3.5.3 极化曲线 |
| 3.6 总结 |
| 第4章 PEMFC水热管理 |
| 4.1 流道中的气液两相流 |
| 4.1.1 水平集方法 |
| 4.1.2 模型建立 |
| 4.1.3 扩散层亲水性的影响 |
| 4.1.4 阴极流道布置方向的影响 |
| 4.2 多孔介质内的水传输 |
| 4.2.1 多孔介质水热分析 |
| 4.2.2 流道入口速度对水热条件变化的影响 |
| 4.3 总结 |
| 第5章 全电池水热管理研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型建立 |
| 5.3 传热方程 |
| 5.4 气液相变过程的影响 |
| 5.5 冷却水温度与布置形式的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 全文总结与工作展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间主要成果 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）固体氧化物燃料电池预热过程温度梯度形成规律研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池简介 |
| 1.3 固体氧化物燃料电池加热启动研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 SOFC预热启动数值模拟基本原理与方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 平板式SOFC几何模型 |
| 2.3 SOFC预热升温数学模型 |
| 2.4 求解方法与模型验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 SOFC工作参数对预热升温规律的影响研究 |
| 3.1 加热气体升温速率对电池温升的影响 |
| 3.2 加热气体入口速度对电池温升的影响 |
| 3.3 不同流道背压对电池温升的影响 |
| 3.4 不同热气流加热方式对电池温升的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于升温特性的SOFC预热方法 |
| 4.1 加热升温过程中SOFC的温度分布研究 |
| 4.2 一种优化升温方案 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 SOFC预热过程中最大温度梯度形成规律研究 |
| 5.1 模型网格密度对最大温度梯度形成规律的影响 |
| 5.2 加热气体工作参数对最大温度梯度形成规律的影响 |
| 5.3 不同热气流加热方式对最大温度梯度形成规律的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 SOFC入口处异常高温度梯度形成规律研究 |
| 6.1 加热气体工作参数对入口处高温度梯度的影响规律 |
| 6.2 不同热气流加热方式对入口处高温度梯度的影响规律 |
| 6.3 流道“入口效应”分析及其对入口高温度梯度的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 1 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（5）多孔介质单相气体扩散及气液两相扩散的分形模型研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 多孔介质简介 |
| 1.2.1 多孔介质定义与分类 |
| 1.2.2 多孔介质常用参数 |
| 1.3 多孔介质中气体传质现象的传统研究方法 |
| 1.3.1 菲克定律和菲克第二定律 |
| 1.3.2 气体传质的实验研究 |
| 1.3.3 气体传质的数值模拟研究 |
| 1.3.4 气体传质的理论研究 |
| 1.4 分形理论及应用 |
| 1.4.1 分形理论简介 |
| 1.4.2 气体传质现象的分形模型研究 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 分形多孔介质孔隙模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 弯曲毛细管束模型的分形描述 |
| 2.2.1 孔隙通道密度分布函数 |
| 2.2.2 弯曲毛细管束模型的横截面积 |
| 2.2.3 孔隙通道的迂曲特征 |
| 2.3 流动区域的划分 |
| 2.4 Beskok模型 |
| 2.4.1 渗透率修正因子 |
| 2.4.2 渗透率修正因子的简化 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 单相气体扩散的分形模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单相气体有效扩散系数的数学解析模型 |
| 3.2.1 多孔介质中流量计算 |
| 3.2.2 单相气体有效扩散系数 |
| 3.3 分析和讨论 |
| 3.3.1 单相气体有效扩散系数模型验证 |
| 3.3.2 数学解析模型对比 |
| 3.3.3 模型中相关参数分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 气液两相扩散的分形模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GDL中扩散系数的数学解析模型 |
| 4.2.1 毛细管扩散方程 |
| 4.2.2 扩散层中的单相有效扩散系数 |
| 4.2.3 气液两相流动情况下的相对扩散系数 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.3.1 单相及两相模型验证 |
| 4.3.2 数学解析模型对比 |
| 4.3.3 模型中相关参数分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 分形-蒙特卡罗方法的数值模拟研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 多孔介质有效扩散系数的分形-蒙特卡罗方法 |
| 5.2.1 孔隙通道的分形-蒙特卡罗描述 |
| 5.2.2 单相气体扩散的分形-蒙特卡罗模拟 |
| 5.2.3 气液两相扩散的分形-蒙特卡罗模拟 |
| 5.3 数值模拟过程 |
| 5.3.1 单相气体扩散模型计算步骤 |
| 5.3.2 气液两相扩散模型计算步骤 |
| 5.4 分析与讨论 |
| 5.4.1 模拟结果与理论模型和实验数据对比 |
| 5.4.2 模拟结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（6）微生物燃料电池阳极优化实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 物理量名称及符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 微生物燃料电池发展进程及基本原理 |
| 1.3 微生物燃料电池的构型 |
| 1.4 微生物燃料电池阳极 |
| 1.4.1 碳材料 |
| 1.4.2 非碳材料 |
| 1.5 微生物燃料电池阴极 |
| 1.6 存在问题 |
| 1.7 研究内容 |
| 1.8 实验研究操作方法 |
| 1.9 研究逻辑框图 |
| 第2章 微生物燃料电池理论基础 |
| 2.1 微生物燃料电池热力学 |
| 2.1.1 能斯特方程 |
| 2.1.2 理论最大电压的计算 |
| 2.2 微生物产电机理 |
| 2.2.1 产电菌的生物氧化过程 |
| 2.2.2 微生物胞外传递电子机制 |
| 2.3 电化学极化现象及内阻降低方法讨论 |
| 2.3.1 欧姆过电势 |
| 2.3.2 活化过电势 |
| 2.3.3 浓差过电势 |
| 2.4 微生物燃料电池内传质现象 |
| 2.4.1 传质过程描述 |
| 2.4.2 扩散作用 |
| 2.4.3 电迁移 |
| 2.4.4 对流作用 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 实验系统与方法 |
| 3.1 材料性能表征 |
| 3.1.1 扫描电镜测试 |
| 3.1.2 X射线衍射测试 |
| 3.1.3 BET测试 |
| 3.2 电化学表征 |
| 3.2.1 三电极体系的建立 |
| 3.2.2 EIS测试 |
| 3.2.3 CV测试 |
| 3.3 MFC性能分析 |
| 3.3.1 COD去除率测定 |
| 3.3.2 输出电压曲线 |
| 3.3.3 极化曲线和功率密度曲线 |
| 3.4 实验与仪器 |
| 3.4.1 反应器设计 |
| 3.4.2 主要试剂 |
| 3.4.3 MFC的启动与运行 |
| 3.4.4 微生物菌种的驯化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 自掺杂氮碳纳米片修饰MFC阳极的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验材料与方法 |
| 4.2.1 自掺杂氮多孔碳纳米片的制备 |
| 4.2.2 电极的制备 |
| 4.2.3 MFC的装配与相关测试 |
| 4.3 电极性能表征 |
| 4.3.1 表面形貌及孔结构分析 |
| 4.3.2 XRD物相分析 |
| 4.3.3 EIS测试 |
| 4.4 MFC能量分析 |
| 4.4.1 COD 去除率分析 |
| 4.4.2 输出电压分析 |
| 4.4.3 极化曲线与功率密度曲线分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 模板法制多孔碳修饰MFC阳极的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验材料与方法 |
| 5.2.1 碳材料的制备 |
| 5.2.2 电极的制备 |
| 5.2.3 MFC的装配与相关测试 |
| 5.3 材料及电极性能表征 |
| 5.3.1 表面形貌及比表面积表征 |
| 5.3.2 电极电化学性能测试 |
| 5.4 MFC电池性能分析 |
| 5.4.1 COD去除率分析 |
| 5.4.2 极化曲线和功率密度曲线 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）燃料电池传热传质分析进展综述（论文提纲范文）
| 1 技术手段 |
| 1.1 数值模拟 |
| 1.2 实验 |
| 1.3 模拟和实验结合 |
| 2 传热传质研究进展 |
| 2.1 热量传递研究进展 |
| 2.1.1 高温燃料电池 |
| 2.1.2 低温燃料电池 |
| 2.2 质量传递研究进展 |
| 2.2.1 高温燃料电池 |
| 2.2.2 低温燃料电池 |
| 3 结论与展望 |
（8）电极与流场结构对PEMFC低温启动与常温性能的实验和模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水热管理 |
| 1.2.2 低温启动 |
| 1.2.3 电极优化 |
| 1.2.4 流场设计 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第二章 电解质含量对电池常低温性能影响规律 |
| 2.1 实验设计 |
| 2.2 理论分析 |
| 2.2.1 孔隙率计算 |
| 2.2.2 核心反应区域分析 |
| 2.2.3 存水量和废热分析 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 常温工况 |
| 2.3.2 低温启动 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 微孔层对电池常低温性能影响规律 |
| 3.1 实验设计 |
| 3.2 理论分析 |
| 3.2.1 微孔层内水传输分析 |
| 3.2.2 过冷却水分析 |
| 3.2.3 电压反转分析 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 常温工况 |
| 3.3.2 低温启动 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 低温启动过程模拟 |
| 4.1 物理问题 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 边界条件 |
| 4.4 初始条件 |
| 4.5 数值方法 |
| 4.6 结果与讨论 |
| 4.6.1 运行参数影响规律 |
| 4.6.2 结构参数影响规律 |
| 4.6.3 启动策略 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 金属泡沫流场性能实验与电化学表征 |
| 5.1 实验设计 |
| 5.2 电化学表征方法 |
| 5.3 常温实验结果分析 |
| 5.3.1 阴极流场结构影响 |
| 5.3.2 进气湿度影响 |
| 5.3.3 进气流量影响 |
| 5.4 低温启动实验结果分析 |
| 5.4.1 高频阻抗分析 |
| 5.4.2 阴极流场结构影响 |
| 5.4.3 膜态水含量影响 |
| 5.4.4 启动温度影响 |
| 5.4.5 启动电流影响 |
| 5.5 本文小结 |
| 第六章 新型金属泡沫结构离线表征与实验 |
| 6.1 离线表征技术 |
| 6.1.1 金属泡沫准备工序 |
| 6.1.2 实验设计 |
| 6.1.3 接触角分析 |
| 6.1.4 应力应变分析 |
| 6.1.5 渗透性分析 |
| 6.1.6 内阻分析 |
| 6.2 歧管式进气金属泡沫PEMFC |
| 6.2.1 电池设计 |
| 6.2.2 实验结果分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 分层金属泡沫PEMFC设计与三维模拟 |
| 7.1 电池设计 |
| 7.2 模型介绍 |
| 7.2.1 守恒方程 |
| 7.2.2 边界条件 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 接触角影响规律 |
| 7.3.2 孔隙率影响规律 |
| 7.3.3 渗透性影响规律 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 全文总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（9）基于孔隙尺度对锌镍单液流电池内电化学反应机理的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 附件 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 液流电池发展现状 |
| 1.3 锌镍单液流电池概述 |
| 1.3.1 锌镍单液流电池的工作原理 |
| 1.3.2 锌镍单液流电池特点 |
| 1.3.3 锌镍单液流电池研究现状 |
| 1.4 研究内容和研究意义 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 格子Boltzmann方法与QSGS方法 |
| 2.1 格子Boltzmann方法的基本模型 |
| 2.1.1 一维模型 |
| 2.1.2 二维模型 |
| 2.1.3 三维模型 |
| 2.1.4 玻尔兹曼输运方程 |
| 2.1.5 平衡分布函数 |
| 2.2 边界条件的处理 |
| 2.2.1 反弹格式 |
| 2.2.2 已知速度边界条件 |
| 2.2.3 开放边界条件 |
| 2.2.4 周期性边界条件 |
| 2.2.5 对称边界条件 |
| 2.3 格子Boltzmann方法在电池上的研究现状 |
| 2.4 二维多孔介质的QSGS重构技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 电极反应的孔隙尺度LBM简化模拟 |
| 3.1 计算物理模型 |
| 3.2 流动LBM模型 |
| 3.3 传质LBM模型 |
| 3.4 结果及分析 |
| 3.4.1 流动分析 |
| 3.4.2 离子浓度分析 |
| 3.4.3 充电电流密度的影响分析 |
| 3.4.4 孔隙率的影响分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 电极反应的孔隙尺度稳态过程分析 |
| 4.1 数学计算模型 |
| 4.1.1 锌镍单液流电池的反应描述 |
| 4.1.2 计算物理模型 |
| 4.1.3 流动LBM模型 |
| 4.1.4 液相氢氧根离子传质LBM模型 |
| 4.1.5 固相质子传质LBM模型 |
| 4.2 结果及分析 |
| 4.2.1 充电电流密度的影响分析 |
| 4.2.2 孔隙率的影响分析 |
| 4.2.3 进口流速的影响分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 电极反应的孔隙尺度瞬态过程分析 |
| 5.1 物理模型和LBM模型 |
| 5.1.1 物理模型 |
| 5.1.2 多孔骨架数值模型 |
| 5.1.3 反应数学描述 |
| 5.1.4 流动LBM模型 |
| 5.1.5 液相氢氧根离子传质LBM模型 |
| 5.1.6 固相质子传质LBM模型 |
| 5.2 结果分析 |
| 5.2.1 充电电流密度的影响 |
| 5.2.2 正极厚度的影响 |
| 5.2.3 孔隙率的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结及展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| A.攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| B.攻读硕士学位期间获得的专利 |
| 致谢 |
（10）基于超声雾化供给的DMFC传质特性研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 超声雾化DMFC概述 |
| 1.3 超声雾化传质分析的国内外研究现状 |
| 1.3.1 棉芯传质国内外研究现状 |
| 1.3.2 雾化片传质国内外研究现状 |
| 1.3.3 电池膜传质国内外研究现状 |
| 1.4 课题来源及其研究意义 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 研究意义 |
| 1.5 研究内容及章节安排 |
| 第2章 基于超声雾化供给的DMFC结构及棉芯传质特性研究 |
| 2.1 基于超声雾化供给的DMFC结构及传质原理 |
| 2.1.1 电池结构及工作原理 |
| 2.1.2 棉芯中甲醇传质过程 |
| 2.1.3 甲醇受力分析 |
| 2.2 棉芯传质模型方程的建立 |
| 2.2.1 纯惯性阶段 |
| 2.2.2 粘性力—惯性力作用阶段 |
| 2.2.3 粘性力作用阶段 |
| 2.2.4 粘性力和重力作用阶段 |
| 2.2.5 不同作用阶段的划分 |
| 2.3 棉芯传质过程仿真 |
| 2.4 甲醇传质实验研究 |
| 2.4.1 实验装置 |
| 2.4.2 实验方案及结果分析 |
| 2.5 棉芯传质影响因素仿真分析 |
| 2.5.1 不同棉芯管径纤维对传质的影响 |
| 2.5.2 温度对传质的影响 |
| 2.5.3 棉芯放置方式对传质的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于超声雾化供给DMFC雾化片传质特性研究 |
| 3.1 微孔雾化片传质结构及原理 |
| 3.2 微孔雾化片传质影响因素分析 |
| 3.3 微孔雾化片仿真分析 |
| 3.3.1 雾化片的建模与网格划分 |
| 3.3.2 模态分析 |
| 3.3.3 谐响应分析 |
| 3.4 微孔雾化片的实验研究 |
| 3.4.1 谐振频率测定实验 |
| 3.4.2 雾化量实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于超声雾化供给的DMFC电池膜传质特性研究 |
| 4.1 电池膜传质结构及原理 |
| 4.2 电池膜传质模型的建立 |
| 4.2.1 基本结构以及假设条件 |
| 4.2.2 集电板层模型 |
| 4.2.3 阳极扩散层 |
| 4.2.4 阳极催化层模型 |
| 4.2.5 电解质膜模型 |
| 4.2.6 阴极催化层模型 |
| 4.2.7 阴极扩散层模型 |
| 4.2.8 电池整体模型分析 |
| 4.3 模型算法及参数的确定 |
| 4.3.1 模型算法 |
| 4.3.2 模型参数的确定 |
| 4.4 仿真条件及电池各物理量分布 |
| 4.4.1 仿真条件设置 |
| 4.4.2 模型验证 |
| 4.4.3 电池内各物理量的分布 |
| 4.5 甲醇传质影响因素分析 |
| 4.5.1 操作温度对甲醇传质的影响 |
| 4.5.2 甲醇浓度对甲醇传质的影响 |
| 4.5.3 扩散层厚度对甲醇传质的影响 |
| 4.5.4 扩散层孔隙率对甲醇传质的影响 |
| 4.5.5 催化层厚度对甲醇传质的影响 |
| 4.5.6 催化层孔隙率对甲醇传质的影响 |
| 4.5.7 电解质膜厚度对甲醇传质的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文 |
四、热物理参数对燃料电池内传质过程的影响（论文参考文献）
- [1]空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究[D]. 陈静娴. 广西大学, 2021(12)
- [2]不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响[D]. 卫超强. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]PEMFC传热传质研究[D]. 郑宇. 山东大学, 2021(12)
- [4]固体氧化物燃料电池预热过程温度梯度形成规律研究[D]. 万兴文. 中国矿业大学, 2021
- [5]多孔介质单相气体扩散及气液两相扩散的分形模型研究[D]. 王昌进. 昆明理工大学, 2021(01)
- [6]微生物燃料电池阳极优化实验研究[D]. 邢晓晔. 北京工业大学, 2020(06)
- [7]燃料电池传热传质分析进展综述[J]. 葛睿彤,郑艺华. 储能科学与技术, 2020(01)
- [8]电极与流场结构对PEMFC低温启动与常温性能的实验和模拟研究[D]. 谢旭. 天津大学, 2019(01)
- [9]基于孔隙尺度对锌镍单液流电池内电化学反应机理的研究[D]. 徐礼康. 江苏科技大学, 2019(04)
- [10]基于超声雾化供给的DMFC传质特性研究[D]. 王威强. 武汉理工大学, 2019(07)