质子交换膜中的传质分析

质子交换膜燃料电池是最有应用前景的汽车动力替代系统。质子交换膜中的传质是质子交换膜燃料电池性能的控制因素之一。论文从宏观和微观角度分析了质子交换膜中的质子和水分的传递机理,分析了操作参数对质子在质子交换膜中传递的影响。研究发现:外载荷对质子和水分在质子交换膜中的传递有很大影响;（H₅O₂）⁺是水合质子的主要结构形式;通过（H₅O₂）⁺中氢氧键不断形成与断裂,电荷在质子交换膜中得以传递。研究结果对理解质子交换膜中的传质机理及其推广应用具有积极意义。     

����FLUENT�Ķ�ά��Ӧ��ϵ����������ֵģ��

将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布.数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布.分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导.     

二维流场、热结构松耦合模拟研究

本文针对轴对称型飞行器前缘部位,采用松耦合方法,开展了二维高超声速流固界面的热耦合计算。满足非稳态N-S方程的外部流场和内部非稳态热传导均采用商用软件FLUENT进行计算。通过对相同时刻,不同松耦合推进时间步长引起的壁面热流密度、壁面温度、表面传热系数的差异对比,得出了松耦合推进时间对以上参数的影响规律,这对有效实施松耦合方法进行高超声速飞行器模拟具有积极意义。     

N2��Ƶ�ŵ��������(e,N2+, N+)��PIC-MCģ��

采用PIC-MC自洽模型,模拟了氮气电容性耦合射频放电的微观等离子体过程及带电粒子(e,N2+,N+)的行为。结果表明,离子(N2+,N+)的运动状态滞后瞬时射频电场的变化;在两极附近,N2+具较高密度,但能量较低,N+具较低的密度但能量较高,两者的密度差6倍左右。两种离子轰击射频电极的能量分布变化规律类似,随放电参数变化,离子(N2+,N+)能量变化显著,其密度变化不明显。模拟的电子能量几率分布与测量结果一致。     

ֱ��˫����绡������������ֵģ��

为了提高等离子体废物处理效率,根据磁流体动力学理论,利用计算流体力学软件FLUENT,采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等分布。结果表明,等离子体的温度随着轴向距离的增加而减小,随弧电流增加而增加;其速度随着轴向距离的增加而先增大后减小,随弧电流增加而增加;等离子体炬出口处的温度和速度随着径向距离的增加而减小。这些结果与实验结果基本相符。     

基于大涡模拟的移动粒子半隐式算法

移动粒子半隐式方法(MPS)是一种粒子方法,多用于模拟带有自由表面的不可压缩流动。工程实际中的自由表面流动往往是复杂的湍流流动,本文借鉴网格类方法的亚格子应力模型发展了基于Smagorinsky模型的亚粒子应力模型,并将其耦合到MPS方法中,实现了基于大涡模拟的MPS方法并用于研究自由表面湍流问题。为了提高计算的准确性和稳定性,SPS模型中出现的一阶导数项采用最小二乘法拟合得到,SPS项采用显式算法进行计算。使用这一算法模拟了溃坝问题,结果表明,采用亚粒子应力模型的模拟结果与实验的吻合程度明显提高。     

分离重组错位通道微混合器混合及结构研究

本文对基于非对称分离重组原理优化得到的错位通道微混合器的混合特性进行了数值模拟,并采用混合强度值作为衡量指标。结果表明,Re在1到80的变化范围内,微混合器的混合效果受通道几何结构参数影响较大,即主次通道上错位通道结构的布置有利于提高微混合器的混合强度。综合考虑混合性能和微通道内压降变化等条件,当错位通道结构参数ω₃/ω₄=1时,非对称分离重组错位通道微混合器的混合强度可提高到86%左右。     

多喷嘴喷雾场数值模拟分析

本文建立了多喷嘴喷雾场的三维物理数学模型,运用欧拉-拉格朗日法对多喷嘴下的喷雾场进行了详细数值模拟,得到了双喷嘴及三喷嘴情况下喷射入口压力和流量变化对喷雾场内雾滴索太尔直径和雾滴速度的影响规律;并通过与单喷嘴情况进行对比,给出了喷嘴数目对喷雾场内雾滴速度及粒径大小分布的影响。     

六面顶压机高压腔体温度场的数值模拟

 以有限元法为分析手段,在模型和边界条件适当简化的条件下,对六面顶压机高压腔体的温度场进行了数值模拟计算,得出了腔体内的温度分布。在此基础上通过调整模型参数,定性讨论了样品组装设计中组装材料、加热器形状以及导电金属环厚度对温度场的影响。数值模拟结果表明：用氧化锆替代叶蜡石作为堵头和保温材料可以提高样品区的温度,降低功率的消耗并减小样品区的温度梯度;与圆筒形加热器组装相比,中间厚两端薄的变圆筒形加热器组装能提供更高的样品中心温度和较小的温度梯度;使用导电金属环的加热组装时,适当增加金属环的厚度有利于获得较理想的温度分布。研究结果对优化高压实验的样品组装设计、改善温度梯度及保护设备具有一定的参考价值。     

PEMFC气体扩散层内各向异性传递过程数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异性传递系数对PEMFC整体和局部性能的影响。在本文计算条件下,GDL各向异性和均匀模型模拟得到的电池极化曲线几乎完全相同,但电池电流密度分布和温度分布等局部特性存在很大差异。该结果进一步证明了不能单独用极化曲线来验证电池数学模型的正确性。