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质子交换膜燃料电池系统建模及其水热管理研究

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质子交换膜燃料电池系统建模及其水热管理研究

作者：朴汉中吉林大学

学位级别：硕士

在节能减排、保护环境的时代背景下,全球碳中和已达成共识。自我国明确提出“碳中和”、“碳达峰”战略目标后,加快新能源汽车发展已成为我国贯彻落实“双碳”目标的重要路径。其中,氢燃料电池汽车凭借清洁、高效、可靠等优势,逐步成为... 详细信息

在节能减排、保护环境的时代背景下,全球碳中和已达成共识。自我国明确提出“碳中和”、“碳达峰”战略目标后,加快新能源汽车发展已成为我国贯彻落实“双碳”目标的重要路径。其中,氢燃料电池汽车凭借清洁、高效、可靠等优势,逐步成为我国新能源汽车战略的重要组成部分。随着质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的不断发展,PEMFC电堆系统正逐步成为燃料电池汽车领域中备受推崇的优选方案。然而,由于其特有的工作机制,在电堆内部的电化学反应过程中,会发生频繁的传质传热过程,进而导致堆内水热状态的变化。探究质子交换膜燃料电池堆内的水热传递机理、寻找不同负载下的最佳温湿度操作条件、制定适用于PEMFC水热管理的控制策略,是推动我国燃料电池汽车产业化推广、促进我国新能源汽车创新驱动发展的关键技术路径。本文依托吉林省重大科技专项“燃料电池发动机集成与控制关键技术开发”,围绕PEMFC输出性能提升与水热管理系统的快速响应两大问题开展研究工作。首先,搭建完整的质子交换膜燃料电池系统仿真模型,为后续的输出特性分析及其水热管理奠定模型基础;其次,探究不同操作条件对PEMFC输出性能的影响,寻求不同负载下对应的最佳操作参数,为后续水热管理控制提供参考目标;最后,针对于PEMFC水热管理系统的动态响应能力与高精度控制问题,分别建立基于模型预测控制(MPC)与模糊自抗扰控制(Fuzzy-ADRC)的控制架构,在保证PEMFC温、湿度精确控制的前提下,有效地提升了PEMFC的输出性能,同时降低了冷却系统关键部件的寄生损耗,进一步提升系统的整体能效。本文的主要研究内容如下:(1)质子交换膜燃料电池系统建模。基于PEMFC系统电化学反应、质子传导、气体扩散与水热传导机理分析,利用MATLAB/Simulink软件搭建了完整的PEMFC系统仿真模型,并基于实验数据验证了模型的准确性和可靠性,为后续的特性分析与水热管理控制策略开发奠定模型基础。(2)分析操作条件对PEMFC输出性能的影响。基于PEMFC系统模型,从系统过氧比、运行压力、阴阳极压力差、温度、湿度共五个操作参数出发,利用仿真手段探究不同操作条件对PEMFC输出性能的影响,得到不同负载下对应的最优操作参数,为后续的PEMFC水热管理控制策略开发提供参考目标。(3)构建基于模型预测控制的PEMFC热管理控制策略。针对100k W级PEMFC电堆的温度控制研究,首先对燃料电池冷却系统关键部件进行选型匹配,基于GT-SUITE平台搭建高精度PEMFC热管理系统仿真模型;其次,基于GT-SUITE/Simulink联合仿真平台实现MPC温度控制策略的实施。仿真结果表明,在温度平衡状态下,30～80%负载阶跃输入条件下,基于MPC控制的电堆温度波动范围≤5℃;在NEDC工况输入下,MPC控制器可根据PEMFC电堆负载变化提前做出响应,避免了冷却系统迟滞与超调弊端,同时降低了冷却系统关键部件的寄生损耗,有效提升了PEMFC系统的输出性能与能源利用效率。(4)构建基于自抗扰控制的PEMFC水管理控制策略。针对PEMFC的湿度控制研究,本文将自抗扰控制(ADRC)引入水管理当中。仿真结果显示,在阶跃负载扰动下,ADRC展示出了精确的跟踪能力与高鲁棒性,有效地提升了PEMFC的输出性能。此外,为克服ADRC离线参数整定的局限性,本文提出一种基于模糊控制器的ADRC在线参数自整定控制,依据分离原则,对扩张状态观测器(ESO)与非线性状态误差反馈控制率(NLESF)模块分别设计模糊控制器。结果表明,在大范围阶跃负载变化下,模糊参数自整定ADRC(Fuzzy-ADRC)展示出更优的控制性能,在系统受到干扰下,Fuzzy-ADRC能够相应调节控制器参数,提升了系统的控制品质。综上,本文建立了一套完整且面向控制的一维质子交换膜燃料电池系统仿真模型,并基于仿真分析结果,得到不同负载条件下的最佳温度和湿度操作参数,并作为后续水热管理控制的目标。此外,我们分别引入了基于MPC的热管理控制与基于模糊自整定ADRC的水管理控制策略,实现了对温度和湿度的高精度控制和快速响应,为提升PEMFC系统的输出性能以及实现高效的水热管理提供了一种可行的技术路径。

关键词：质子交换膜燃料电池集成系统模型水热管理 MPC ADRC 模糊自整定

趋势固定效应函数系数面板模型的估计与应用研究

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统计研究 2024年第8期41卷 150-160页

作者：刘汉中刘可广州大学经济与统计学院

传统固定效应变系数面板模型因在捕捉截面个体的异质性方面具有显著优势而被广泛应用于经济分析中,但其劣势在于忽略了不同截面个体之间的共同性。为弥补上述不足,本文构建了趋势固定效应函数系数面板模型,从理论上分析新模型相对于传... 详细信息

传统固定效应变系数面板模型因在捕捉截面个体的异质性方面具有显著优势而被广泛应用于经济分析中,但其劣势在于忽略了不同截面个体之间的共同性。为弥补上述不足,本文构建了趋势固定效应函数系数面板模型,从理论上分析新模型相对于传统固定效应变系数面板模型的优越性,在此基础上针对该模型提出参数的两步估计法,并推导估计量的渐近性质。一系列蒙特卡罗模拟结果表明,本文构建的模型比传统模型具有明显优势,且提出的估计方法具有良好的有限样本性质。将模型和估计方法应用于外商直接投资(FDI)对地区经济增长影响的研究,结果表明FDI对经济增长的影响随着地区初始经济发展水平的变化而变化,即FDI对经济增长具有非线性动态偏效应。

关键词：固定效应变系数模型固定效应函数系数面板模型两步估计法

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新形势下的我国食用植物油供给安全对策

中国油料作物学报 2024年第2期46卷 221-227页

作者：冯海棠王汉中中国农业科学院农业信息研究所北京100081 中国农业科学院油料作物研究所/农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室湖北武汉430062

我国食用植物油对外依存度长期居高不下,不仅带来食用植物油供给安全风险,还将造成政治、经济等诸多方面的重大安全隐患。在大国博弈日趋激烈的复杂严峻形势下,如何依靠国内耕地资源高效利用和农业科技的不断创新、大力提升以油菜为主... 详细信息

我国食用植物油对外依存度长期居高不下,不仅带来食用植物油供给安全风险,还将造成政治、经济等诸多方面的重大安全隐患。在大国博弈日趋激烈的复杂严峻形势下,如何依靠国内耕地资源高效利用和农业科技的不断创新、大力提升以油菜为主的油料产能、实现进口来源多元化,对于化解食用植物油供给安全风险,具有政治、经济、民生等多重战略意义。

关键词：食用植物油供给安全风险油菜油料产能战略

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强非均质储层精细调整方法研究及应用

石油工业技术监督 2024年第3期40卷 7-14页

作者：范汉中大庆油田有限责任公司试油试采分公司作业六大队黑龙江大庆163500

随着油田滚动开发,聚驱区块的开发效果逐渐变差,为明确原因并提出调整措施,提高聚驱目的层的开发效益,开展研究。宏观上分析了近年来聚驱阶段采收率变化情况,微观上分析了储层K80方法筛选聚合物时存在的问题;分析了储层渗透性与不同聚... 详细信息

随着油田滚动开发,聚驱区块的开发效果逐渐变差,为明确原因并提出调整措施,提高聚驱目的层的开发效益,开展研究。宏观上分析了近年来聚驱阶段采收率变化情况,微观上分析了储层K80方法筛选聚合物时存在的问题;分析了储层渗透性与不同聚合物的匹配情况,确定了强非均质储层在利用常规K80法筛选聚合物时应参考的边界界限。研究表明,对强非均质区块,常规K80法筛选的聚合物无法兼顾渗透率较大的油层,使聚驱阶段实际采收率大幅降低,统计结果显示实际采收率可低于预测值1%~2%。现场统计和岩心实验显示,渗透率大于0.3μm^(2)、0.2~0.3μm^(2)、0.1~0.2μm^(2)的储层分别在注入2500万、1900万、1200万相对分子质量的聚合物时提高采收率最高,说明其匹配性最好;对K80在非均质性强的储层应用效果,提出了对应的调控技术,制定了区块分质注聚图版。M区块实际开发效果表明通过分质注聚图版,调整强非质区块注入聚合物类型,可以提高采收率2%以上。

关键词：强非均质油层注聚优化分质注聚

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反向招出新高度

商界 2024年第5期 30-31页

作者：汉中招不详

反向飞地是“飞地经济”模式的一种延展。“飞地经济”是指两个相互独立、经济发展存在落差的行政地区,打破区划限制,以国务院最新批准的各类开发区为主要载体,在平等协商、自愿合作的基础上,以生产要素的互补和高效利用为直接目的,在... 详细信息

反向飞地是“飞地经济”模式的一种延展。“飞地经济”是指两个相互独立、经济发展存在落差的行政地区,打破区划限制,以国务院最新批准的各类开发区为主要载体,在平等协商、自愿合作的基础上,以生产要素的互补和高效利用为直接目的,在特定区域合作建设开发各种产业园区,通过规划、建设、管理和利益分配等合作和协调机制,实现互利共赢的区域经济发展模式。

关键词：飞地经济自愿合作利益分配区域经济发展模式协调机制平等协商产业园区互利共赢

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城市向东,城市向西

商界 2024年第7期 21-23页

作者：汉中招不详

国内大循环背景下,协同发展、优势互补,是城市之间由竞争转向合作的必然趋势之一。一个城市的容量和业态毕竟有限。若两个毗邻的城市强强联合、业态互补,往往能进发出新的增长动力。基于这一理念,区域协同招商新模式,也成了目前城市招... 详细信息

国内大循环背景下,协同发展、优势互补,是城市之间由竞争转向合作的必然趋势之一。一个城市的容量和业态毕竟有限。若两个毗邻的城市强强联合、业态互补,往往能进发出新的增长动力。基于这一理念,区域协同招商新模式,也成了目前城市招商的主要模式之一。

关键词：区域协同强强联合协同发展招商优势互补业态

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基于思维品质培养的高中英语应用文写作研究

广东教育（高中版） 2024年第2期 42-45页

作者：叶汉中广东省佛山市南海区南海中学

书面表达是高考英语试题的重要题型。应用文写作作为其考查的形式之一,既能较为全面地反映考生的语言运用能力,又能考查其思维能力、创新能力。但目前由于高中英语应用文教学中存在“模板化”“套路化”的情况,部分教师让学生盲目套用... 详细信息

书面表达是高考英语试题的重要题型。应用文写作作为其考查的形式之一,既能较为全面地反映考生的语言运用能力,又能考查其思维能力、创新能力。但目前由于高中英语应用文教学中存在“模板化”“套路化”的情况,部分教师让学生盲目套用写作模板和句式,却忽视了对学生写作过程的关注和对思维品质的培养。学生的应用文习作大多暴露了写作内容过于简单、逻辑思维比较混乱、交际功能不够得体等问题。

关键词：写作内容写作过程思维品质培养英语应用文写作模板化盲目套用书面表达思维能力

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三大资本招商模式大比拼

商界 2024年第4期 50-52页

作者：汉中招不详

了解招商路数,成为筑巢引凤的金凤凰。城市的发展依赖于项目的推动,而项目建设则需要积极招商引资。随着新形势的出现,招商引资的环境和需求发生了变化,新的需求催生了创新的模式和方法。因此,结合不同区域的产业特点和经济发展需求,创... 详细信息

了解招商路数,成为筑巢引凤的金凤凰。城市的发展依赖于项目的推动,而项目建设则需要积极招商引资。随着新形势的出现,招商引资的环境和需求发生了变化,新的需求催生了创新的模式和方法。因此,结合不同区域的产业特点和经济发展需求,创新性地制定招商计划成为更好地吸引资本、激活资源、塑造优势、推动发展的不可或缺之路。为地区和城市的招商活动提供参考,助力企业选择合适的招商渠道,我们收集整理了3个政府资本招商引资创新案例模式,并进行全面解析。

关键词：吸引资本经济发展需求招商引资模式和方法案例模式金凤凰筑巢引凤城市的发展

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基于沥青混凝土搅拌站的配合比设计与实践

科技创新与应用 2024年第21期14卷 127-132页

作者：刘汉中桥梁与隧道工程检测安徽省重点实验室合肥230051 安徽省公路工程检测中心合肥230051

针对当前沥青混合料目标配合比与生产配合比相互独立、脱节的情况,提出基于沥青混凝土搅拌站的配合比设计理念。弱化目标配合比设计流程,强调以目标配合比在沥青混凝土搅拌站进行试生产,从而得出各档热料比例,以此作为生产配比进行配合... 详细信息

针对当前沥青混合料目标配合比与生产配合比相互独立、脱节的情况,提出基于沥青混凝土搅拌站的配合比设计理念。弱化目标配合比设计流程,强调以目标配合比在沥青混凝土搅拌站进行试生产,从而得出各档热料比例,以此作为生产配比进行配合比设计。然后以此设计结果在沥青混凝土搅拌站进行联调联试,最终通过微调目标配合比来实现目标配合比与生产配合比在沥青混凝土搅拌站上的协调统一。

关键词：沥青混凝土搅拌站目标配合比生产配合比冷料仓热料仓