铂-氢钨青铜电极的制备及对氢氧化的电催化

采用电化学还原法在表面改性的碳布上,通过改变催化剂沉积顺序及氢钨青铜沉积时间制备铂-氢钨青铜复合催化剂,所得电极作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极。利用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)及单电池极化性能测试研究了催化剂的组成、沉积量、分散性及其对氢氧化的电催化活性。实验结果表明,氢钨青铜沉积时间及催化剂沉积顺序对电极催化性能有显著影响,当氢钨青铜沉积时间为10 min,先沉积氢钨青铜、后沉积铂所得Pt/HxWO3电极对氢氧化具有最佳的催化活性。适量的氢钨青铜才能与铂形成较好的协同催化效应。     

稀薄气体流动非线性耦合本构关系研究进展

临近空间高超声速飞行器流场蕴含着复杂的非线性流动机理与丰富的热化学非平衡流动现象, 基于Newton摩擦定律和Fourier热传导定律的Navier-Stokes(N-S)方程不足以描述高超声速飞行器从连续流到稀薄流的多尺度非平衡现象。非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations, NCCR)作为一种全新的本构方程体系, 在严格满足热力学熵条件的基础上, 巧妙地构建了应力与热流的非线性表达形式。然而, NCCR方程的强非线性耦合特性是求解过程的一大难题。为了克服这一技术瓶颈, 提出了混合迭代算法, 为实现NCCR方程的高效稳定求解提供了坚实的理论基础。在该理论研究的基础上, 考虑到原始NCCR方程对热通量演化方程的简化处理, 降低了方程的计算精度, 提出了改进的NCCR+方程。该方程在强激波压缩区域和膨胀区域表现出比传统NCCR方程更高的计算精度与更强的非平衡流动模拟能力。同时, 为了解决临近空间高超声速空气动力学的多尺度与多物理效应耦合难题, 提出了NCCR与转动非平衡的耦合计算模型, 拓展了NCCR方程在双原子气体中的模拟能力。为了揭示稀薄气体效应与真实气体效应的耦合作用机理, 进一步建立了NCCR与热化学反应的耦合计算方法。大量研究结果表明, 考虑多物理效应的NCCR方程在低Kn下能够恢复到与N-S方程一致的解。随着Kn的增加, 流场的非平衡程度逐渐增强, 其结果与N-S方程差异显著, 而与DSMC方法计算结果和实验数据具有更好的一致性。      

尖锐前缘气动加热机理与激波脱体距离研究

针对尖锐前缘所处的气动环境,分析了由于前缘尖化所带来的稀薄效应影响。应用理论方法推导了尖锐前缘驻点气动热的计算方法和计算公式,并结合CFD方法、DSMC方法和Fay-Riddel工程方法对其前缘钝头的流场、驻点热流进行了计算和对比分析。计算结果表明,由于前缘的尖化使得稀薄气体效应提前出现,从而影响到前缘的激波厚度、激波形状和激波脱体距离等流动现象,导致激波结构复杂化,可能会对进气道唇口的斜激波带来不利的影响。另外稀薄效应的影响降低了驻点热流,缓解了尖化前缘的气动热环境。     

基于有限元的REBCO无绝缘线圈三维全模型及瞬态特性仿真

无绝缘(NI)线圈因具有高电流密度、高热稳定性和高失超恢复能力,是一种极具应用前景的高温超导线圈绕制技术.在本文中,我们通过在AC/DC模块中耦合了电路模块和热模块,建立了一个完整的三维(3D)有限元模型(FEM).新耦合的电路模块能够对NI线圈整体进行励磁,从而保证其环向和径向保真度.通过该模型,我们分析了NI线圈的以下两个关键问题:充放电过程中,环向和径向电磁传输行为;过载流情况下不同接触电阻大小以及不同金属绝缘材料对线圈热稳定性的影响.我们比较了有限元仿真结果与分析电路模型的结果,两者达成了很好的一致性.我们所构建的3D模型可以进一步应用于观察NI线圈内部的电场和磁场分布,同时更为准确地描述超导材料的非线性特性,从而为NI线圈的设计和保护提供更为合理的物理参数.