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油茶果脱壳的果壳力学-损伤与仿真研究

武汉轻工大学学报 2024年第2期43卷 91-97,114页

作者：王志诚杨柳曹振涛吴俊峰刘晓鹏宋少云张永林裴后昌武汉轻工大学机械工程学院武汉430023 湖北省粮油机械工程技术研究中心武汉430023

油茶果脱壳由手工转向机械化脱壳是现代化加工的必然趋势,油茶果脱壳加工不同参数下果壳力学与组织结构变化,是脱壳装备结构与作业参数优化的基础。本文搭建了原位观测实验平台,分析了不同压缩速率、果壳区域、温度、含水率等作用因素... 详细信息

油茶果脱壳由手工转向机械化脱壳是现代化加工的必然趋势,油茶果脱壳加工不同参数下果壳力学与组织结构变化,是脱壳装备结构与作业参数优化的基础。本文搭建了原位观测实验平台,分析了不同压缩速率、果壳区域、温度、含水率等作用因素下油茶果壳的力学特性,深入分析了不同工况下的果壳组织结构变化。通过建立果壳压缩力学模型,对果壳压缩过程中的损伤进行分析。结果表明:在压缩过程中,果壳损伤阶段可分为:外果皮塑性、中果皮塑性形变;随着压缩速率的增大,压缩峰值力先增后减;在压缩速率1.0 mm/s时,压缩峰值力达到最大值,腹部(14.7 N)>底部(13.3 N)>顶部(12.8 N);果壳样品含水率降低,使得外果皮硬度增加,外果皮峰值力上升,压缩峰值力下降;当温度升高时,果壳结构变化明显,失水硬化,压缩峰值力呈类抛物线上升;有限元仿真深入揭示了压缩过程应力分布及裂纹状态。

关键词：脱壳加工果壳结构力学特性有限元分析

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风冷PEM燃料电池堆研究

风冷PEM燃料电池堆研究

作者：裴后昌武汉理工大学

学位级别：硕士

燃料电池的高效率和它对环境的友好性使得其在便携电源上有很大的应用前景。对于便携式电源,传统的燃料电池系统显得十分臃肿。为了简化传统的燃料电池系统,风冷电堆成了一个可行的方法。风冷燃料电池电堆简化了电堆中的冷却系统,空气... 详细信息

燃料电池的高效率和它对环境的友好性使得其在便携电源上有很大的应用前景。对于便携式电源,传统的燃料电池系统显得十分臃肿。为了简化传统的燃料电池系统,风冷电堆成了一个可行的方法。风冷燃料电池电堆简化了电堆中的冷却系统,空气压缩机或气泵等系统,加湿系统。这使得燃料电池在便携式电源的应用上更加方便。系统的简化使得风冷电堆和传统电堆的操作条件有较大差异,因此对风冷电堆的传热、传质规律进行探讨,以优化电堆的流场和MEA结构,在简化系统的同时又保持电堆高性能输出是非常必要的。本文主要研究内容与结果如下。 (1)分析了风冷电堆工作状态,探讨了其中的传热、传质规律,建立了简化的热、质传输平衡模型。 (2)通过模型进行模拟计算,认为在风冷电堆通常运行的温度范围30-70℃内,电堆的散热以空气强制对流为主,辐射散热量和自然对流散热量远小于强制对流散热量。这点和有的文献描述相差较大。同时,当电池运行温度一定时,在电池结构强度和接触电阻允许的范围内适当增加开孔率,提高流道的长宽比,可以提高风冷电堆的散热效率。电堆开孔率在60%-70%之间,流道截面积形状%在1.4-1.8之间电池的散热效率最佳。另外,GDL的保水能力与GDL的厚度和孔隙率有关。GDL越厚,孔隙率越低,其保水能力也越强。在保证氧气传输的前提下,在500mA/cm2@0.6V工作时,GDL厚度应该是0.7mm,孔隙率为60%。 (3)对不同流场及结构及不同MEA特性的电池进行了实验研究。认为电池的性能随着GDL厚度的增加而增加,增加到最大值0.6mm时随着GDL的厚度增加而减小。对GDL的疏水处理不仅可以在常规电池中有利于电池的排水,还可以提高未加湿风冷电堆的性能;GDL疏水程度为40%时,电池的性能发挥至最大值。在同时处于低湿度状态下,WUT复合膜的电池性能比Nafion膜电池的性能要好。 (4)对风冷电堆的操作条件进行了优化研究。实验得出,实验风冷电堆的最佳运行温度为65摄氏度;实验风冷电堆的性能随着风量的增加而增加,当增加到2.68m3/min时电池性能最佳,当风量进一步增加时,电池由于被冷却空气带走过量的水分,电池性能降低;阳极采用dead-end模式可以使得阳极的水含量增高提高电池的性能,节省燃料。

关键词：质子交换膜燃料电池风冷燃料电池电堆水汽传输 GDL

质子交换膜燃料电池堆尾气冷凝回收的自加湿运行

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武汉理工大学学报 2011年第6期33卷 1-4页

作者：涂正凯余意裴后昌潘牧刘志春刘伟武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

分析了质子交换膜燃料电池堆进口的加湿水含量和出口气体的水含量,得出了电堆冷凝回收自加湿运行时冷凝器出口处温度的判别式。结果表明:自冷凝回收的温度仅与进气的过量系数有关。该方法简易可行,可用于实际车载工况和固定电站的高性... 详细信息

分析了质子交换膜燃料电池堆进口的加湿水含量和出口气体的水含量,得出了电堆冷凝回收自加湿运行时冷凝器出口处温度的判别式。结果表明:自冷凝回收的温度仅与进气的过量系数有关。该方法简易可行,可用于实际车载工况和固定电站的高性能、长时间的自加湿运行。

关键词：质子交换膜燃料电池电堆加湿冷凝回收

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质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应研究

电源技术 2011年第11期35卷 1361-1363页

作者：裴后昌詹志刚涂正凯潘牧武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430070

通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该... 详细信息

通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该单电池性能下降。通过对比集流板与电池的发热量,发现在一定条件下集流板的发热量已不能忽略,因而,在实际应用中必须考虑集流板的冷却设计。

关键词：质子交换膜燃料电池集流板欧姆热

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低流速燃料电池重力辅助排水

化工学报 2014年第S1期65卷 415-420页

作者：裴后昌涂正凯刘志春沈俊邱子朝刘帆刘伟华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示,自身重力有利于液滴脱离气体扩散层,使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时,液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致,电池性能最佳;电... 详细信息

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示,自身重力有利于液滴脱离气体扩散层,使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时,液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致,电池性能最佳;电池竖直放置时,液滴重力与气体将其吹扫出电池方向一致,其向外排水能力最强。反应气体流速较低时,电池在不同放置方式下,提高其温度,电池性能上升;电池竖直放置时,气体加湿对电池性能影响不大。电池测试时,应该避免电池阴极水平向上。

关键词：燃料电池排水低流速重力水管理

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闭口质子交换膜燃料电池温度分布特性研究

电源技术 2023年第7期47卷 906-909页

作者：马棒棒涂正凯裴后昌武汉轻工大学机械工程学院湖北武汉430048 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

热管理对质子交换膜燃料电池性能、寿命和稳定运行起着重要作用。通过设置热电偶,对闭口质子交换膜燃料电池的温度分布特性进行了实验研究。结果显示,闭口质子交换膜燃料电池内温度最高点位于阴极流道出口段。同时,对闭口电池发生水淹... 详细信息

热管理对质子交换膜燃料电池性能、寿命和稳定运行起着重要作用。通过设置热电偶,对闭口质子交换膜燃料电池的温度分布特性进行了实验研究。结果显示,闭口质子交换膜燃料电池内温度最高点位于阴极流道出口段。同时,对闭口电池发生水淹现象时的温度分布进行了研究,结果显示,电池温度低于50℃时,发生水淹时电池内热点位于阴极出口段;当电池运行温度超过50℃时,随着电池运行温度的升高,热点的位置由阴极出口处向进口处移动。

关键词：燃料电池温度分布水淹

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质子交换膜燃料电池堆散热特性研究

工程热物理学报 2013年第10期34卷 1952-1955页

作者：万忠民沈俊裴后昌刘靖万军华涂正凯刘志春刘伟湖南理工学院物理系湖南岳阳414006 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070

本文通过理论分析质子交换膜燃料电池堆各种方式的散热量,得到燃料电池堆散热主要由冷却循环水交换出电池。同时组装46片电堆,搭建实验平台,根据实验数据,对这一结论进行了进一步验证。结果表明:稳态时空气流量对电堆换热量可以忽略不计... 详细信息

本文通过理论分析质子交换膜燃料电池堆各种方式的散热量,得到燃料电池堆散热主要由冷却循环水交换出电池。同时组装46片电堆,搭建实验平台,根据实验数据,对这一结论进行了进一步验证。结果表明:稳态时空气流量对电堆换热量可以忽略不计,约97%的产热量由冷却水通过热交换移出电堆。

关键词：质子交换膜燃料电池散热量热交换氢空

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风冷燃料电池结构优化及装配压力设计

电源技术 2023年第3期47卷 362-365页

作者：杨昆鹏杨海沦裴后昌宋少云武汉轻工大学机械工程学院湖北武汉430048

风冷质子交换膜燃料电池简化了传统燃料电池的结构,极大地增强了其便携性而备受关注。风冷燃料电池的装配压力以及密封件的设计对于电池的性能具有重要影响。通过建立三维模型,运用有限元方法对风冷石墨流场板及密封件进行结构力学仿真... 详细信息

风冷质子交换膜燃料电池简化了传统燃料电池的结构,极大地增强了其便携性而备受关注。风冷燃料电池的装配压力以及密封件的设计对于电池的性能具有重要影响。通过建立三维模型,运用有限元方法对风冷石墨流场板及密封件进行结构力学仿真分析。结果表明当直流道石墨流场板中密封圈的厚度为0.50 mm,双极板长度为225 mm,装配压力为2.5 MPa时,风冷燃料电池双极板应力分布均匀性最好,电池性能最优。

关键词：燃料电池仿真分析装配压力密封圈双极板

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风冷电堆材料特性对电池性能的影响

电源技术 2012年第9期36卷 1298-1300页

作者：丁刚强唐和清裴后昌刘志春刘伟华中科技大学化学与化工学院湖北武汉430074 中国船舶重工集团公司第七一二研究所湖北武汉430064 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

风冷电堆简化了常规电池电堆的冷却和供气系统,使其便携性能得到了极大地提高。MEA是质子交换膜燃料电池的核心部件,它由质子交换膜,催化剂,微孔层和气体扩散层等通过一定的工艺制作而成。通过对不同厚度、不同疏水度扩散层(GDL)的研究... 详细信息

风冷电堆简化了常规电池电堆的冷却和供气系统,使其便携性能得到了极大地提高。MEA是质子交换膜燃料电池的核心部件,它由质子交换膜,催化剂,微孔层和气体扩散层等通过一定的工艺制作而成。通过对不同厚度、不同疏水度扩散层(GDL)的研究,得出风冷电堆的GDL最佳厚度的值为0.6 mm,GDL疏水程度为40%时,电池的性能发挥至最大值。

关键词：质子交换膜燃料电池风冷电堆 GDL