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PEM电解池氧气分布及压缩条件下性能研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 2068-2076页

作者：傅建林张国宾屈治国张剑飞西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室能源与动力工程学院西安710049

质子交换膜电解池(PEMEC)被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确,给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent编写用户自定义代码实... 详细信息

质子交换膜电解池(PEMEC)被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确,给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent编写用户自定义代码实现了电解池的三维多相多物理场仿真,探究了孔隙率和接触角对多孔电极内氧气分布的影响。然后采用VOF(Volume of Fluid)方法和图像识别,与全电池模型耦合迭代的方法明确了氧气在流道中的聚集特征。最后提出了接触电阻模型,对不同压缩工况下电解池的性能进行分析。结果表明,增大孔隙率和降低接触角可加强脊下传质,氧气倾向于在流道近脊处生成,进而向中间聚集,最终形成段塞流;当电流密度为0.8 A/cm^(2)时,忽略接触电阻将会低估0.17 V的电压。

关键词：质子交换膜电解池氧气分布压缩数值模拟

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外表面电荷调控下的纳米通道离子输运性能

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第2期54卷 36-51页

作者：张栩屈治国西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

纳米通道离子输运在离子能量转换与存储、海水脱盐和离子传感过程扮演着重要作用,离子输运选择性和净通量受纳米通道表面电荷的强烈影响.目前研究主要基于实验和有限元模拟方法,而很少从微观分子尺度揭示外表面电荷对离子输运性能的影响... 详细信息

纳米通道离子输运在离子能量转换与存储、海水脱盐和离子传感过程扮演着重要作用,离子输运选择性和净通量受纳米通道表面电荷的强烈影响.目前研究主要基于实验和有限元模拟方法,而很少从微观分子尺度揭示外表面电荷对离子输运性能的影响.本文采用分子动力学方法,研究外表面电荷对纳米通道离子输运的调控机理.结果表明,外表面电荷加剧了纳米通道附近和内部的离子电荷不平衡,降低了纳米通道内电势,增强了唐南排斥效应.外表面电荷使纳米通道内水的流速趋于稳定,显著增强通道中心附近的水流速.外表面电荷增强了纳米通道中段的离子速度,在电场驱动作用下内外表面都带电的纳米通道表现出更高的Na^(+)离子通量密度和离子选择性,其离子电导是仅内表面带电纳米通道的2.65倍.该结果丰富了离子输运调节微观理论,对纳米通道离子输运精准调控、离子能量转换和海水淡化器件设计具有指导意义.

关键词：纳米通道表面电荷离子输运分子动力学能量转换脱盐

不同热处理状态下的MA带状组织对管线钢抗HIC性能的影响

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金属热处理 2024年第6期49卷 110-115页

作者：曲之国张友建王世明于浩王东明日钢营口中板有限公司辽宁营口115005 辽宁省中厚板专业技术创新中心辽宁营口115005

研究了不同轧制及热处理工艺对含碳0.13%管线钢中MA(马奥岛)组织形成及消除规律的影响,并分析了MA带状组织对试验钢抗氢致裂纹(HIC)性能的影响。结果表明,MA带状组织能显著降低试验钢板的抗HIC性能;通过高温回火,MA带状组织会大部分分解... 详细信息

研究了不同轧制及热处理工艺对含碳0.13%管线钢中MA(马奥岛)组织形成及消除规律的影响,并分析了MA带状组织对试验钢抗氢致裂纹(HIC)性能的影响。结果表明,MA带状组织能显著降低试验钢板的抗HIC性能;通过高温回火,MA带状组织会大部分分解,抗HIC性能得到改善,特别是裂纹厚度率大幅降低;通过正火并完全奥氏体化,钢中不均匀的溶质元素扩散均匀,相变后转变为细的铁素体+珠光体组织,虽然仍存在细的珠光体带,但仍可以获得较好的抗HIC性能;通过正火+回火处理,可以消除由于正火奥氏体化不充分导致的MA带,且细珠光体带状呈现断续分布的特征,组织均匀性及抗HIC性能得到进一步提升。

关键词：管线钢 MA组织热处理工艺氢致裂纹

镍单原子催化剂的制备及其电催化CO2还原研究

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化学工业与工程 2024年第3期41卷 11-17页

作者：朱超张浩杰田地屈治国邸宏宇郑楠国网陕西省电力有限公司电力科学研究院西安交通大学能动学院国网陕西省电力有限公司经济技术研究院

电催化CO2还原反应（Electrocatalytic CO2reduction reaction, CO2RR）在解决全球变暖和能源危机方面有着巨大的应用潜力，但目前催化效率低、催化产物多样等问题限制了CO2RR反应的商业化应用。采用一锅法、碳化法制备了一系列不同镍... 详细信息

电催化CO2还原反应（Electrocatalytic CO2reduction reaction, CO2RR）在解决全球变暖和能源危机方面有着巨大的应用潜力，但目前催化效率低、催化产物多样等问题限制了CO2RR反应的商业化应用。采用一锅法、碳化法制备了一系列不同镍含量的镍单原子催化剂，利用XRD、XPS、ICP-OES、HRTEM、HAADF-STEM、XAS等方法对镍单原子催化剂的形貌结构、原子价态、金属含量等方面进行表征，并通过电催化还原产物的法拉第效率（Faraday efficiency, FE）和电流密度（Current density,J）来评价其电催化性能。此外，还研究了电解实验装置的改变对升电催化性能的提升。实验结果表明，随着Ni单原子催化剂的Ni金属负载量增加，产物CO的FECO和JCO均增加。催化剂中Zn1Ni2-CN表现出了优异的CO2RR催化性能，在H型电解池中，在-0.7 V vs. RHE电位下FECO达到89%,在-0.9 V vs. RHE下JCO达到6.99 mA·cm-2。在流动电解池中，大范围电位变化下（-0.4～-1.2 V vs. RHE）FECO均保持在99%以上，且在-1.2 V vs. RHE电位下产物电流密度JCO达到174.5 mA·cm-2。

关键词：镍单原子电催化 CO2RR CO

基于责任区划分的雷达网探测高超声速目标资源管理

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航空学报 2024年第8期45卷 218-228页

作者：郑建成曲智国谭贤四李志淮朱刚李陆军刘伟空军预警学院防空预警装备系武汉430019 中国人民解放军95246部队南宁530007 空军预警学院雷达士官学校武汉430300

针对高超声速目标机动能力强导致对其实时跟踪分配计算量大的问题,提出了一种基于雷达网责任区划分的资源管理方法。通过将雷达网发射的能量和延迟跟踪代价之和最小化作为优化目标,建立雷达网资源管理模型,根据模型求解结果提出最小化... 详细信息

针对高超声速目标机动能力强导致对其实时跟踪分配计算量大的问题,提出了一种基于雷达网责任区划分的资源管理方法。通过将雷达网发射的能量和延迟跟踪代价之和最小化作为优化目标,建立雷达网资源管理模型,根据模型求解结果提出最小化网内雷达最大资源需求的责任区划分方法,推导考虑目标分布密度的责任区最优划分公式,将雷达网探测高超声速目标的资源分配问题简化为确定目标落入哪个区域的问题,实现对该类目标的预先跟踪分配。仿真结果表明,对跟踪性能影响不大的情况下,所提方法可对防御区域内最大约40%的目标跟踪任务进行预先分配,显著降低了实时目标分配算法的计算量,雷达资源使用的鲁棒性较好。

关键词：雷达网高超声速目标跟踪分配责任区划分目标密度

Identifying the dominant transport mechanism in single nanoscale pores and 3D nanoporous media

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Fundamental Research 2023年第3期3卷 409-421页

作者： Ying Yin zhiguo qu Masa Prodanovic Christopher J.Landry MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering School of Energy and Power EngineeringXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Hildebrand Department of Petroleum and Geosystems Engineering The University of Texas at AustinAustinTX 78712USA

Gas transport mechanisms can be categorized into viscous flow and mass diffusion,both of which may coexist in a porous media with multiscale pore *** determine the dominant transport mechanism and its contribution to gas transport capacity,the gas viscous flow and mass diffusion processes are analyzed in single nanoscale pores via a theoretical method,and are simulated in 3D nanoporous media via pore-scale lattice Boltzmann *** apparent permeability from the viscous flow and apparent diffusivity from the mass diffusion are estimated.A dimensionless parameter,i.e.,the diffusion-flow ratio,is proposed to evaluate the dominant transport mechanism,which is a function of the apparent permeability,apparent diffusivity,bulk dynamic viscosity,and working *** results show that the apparent permeability increases by approximately two orders of magnitude when the average Knudsen number(Kn_(avg))of the nanoporous media or Knudsen number(Kn)of single nanoscale pores increases from 0.1 to *** the same conditions,the increment in the apparent diffusivity is only approximately one order of *** Kn10,the apparent diffusivity has an upper bound(i.e.,Knudsen diffusivity).The dominant transport mechanism in single nanoscale pores is the viscous flow for 0.01

关键词： Porous media Viscous flow Mass diffusion Apparent permeability Apparent diffusivity Lattice Boltzmann method

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大功率充电连接器相变冷却换热特性研究

电力科学与技术学报 2024年第1期39卷 201-207页

作者：陈慧敏李香龙刘秀兰高曙光屈治国牛春林国网北京市电力公司电力科学研究院北京100045 西安交通大学能源动力与科学学院陕西西安710049 佛山市云熵新能源科技有限公司广东佛山528311

直流大功率快充技术可显著缩短电动汽车充电时间,缓解充电焦虑,然而在高电压、大电流下,充电连接器的温度短时间内急剧上升,将降低连接器使用寿命且易引发安全问题。为此,提出一种适用于大功率充电连接器的高效相变冷却技术,分别对单相... 详细信息

直流大功率快充技术可显著缩短电动汽车充电时间,缓解充电焦虑,然而在高电压、大电流下,充电连接器的温度短时间内急剧上升,将降低连接器使用寿命且易引发安全问题。为此,提出一种适用于大功率充电连接器的高效相变冷却技术,分别对单相和相变冷却性能进行数值建模分析,研究了冷却液种类、流量、套管厚度等参数对冷却性能的影响规律。结果表明,充电时长为5 min,加载电流为600 A时,采用40℃水单相冷却可将电缆温度降低至69℃,而采用R134a两相相变冷却则可将电缆温度降低至40℃以下。电缆温度随两相冷却液流量增加而降低,随套管厚度增加而增加,套管厚度相较冷却液流量对电缆温度的影响更为显著。

关键词：电动汽车充电电缆大功率快充两相冷却换热特性

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Flexible and elastic thermal regulator for multimode intelligent temperature control

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SusMat 2023年第6期3卷 843-858页

作者： Can Chen Huitao Yu Tao Lai Jun Guo Mengmeng Qin zhiguo qu Yiyu Feng Wei Feng Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional Materials School of Materials Science and EngineeringTianjin UniversityTianjinP.R.China MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering School of Energy and Power EngineeringXi’an Jiaotong UniversityXi’anP.R.China

As nonlinear thermal devices,thermal regulators can intelligently respond to temperature and control heat flow through changes in heat transfer capacities,which allows them to reduce energy consumption without external ***,current thermal regulators generally based on high-quality crystallinestructure transitions are intrinsically rigid,which may cause structural damage and functional failure under mechanical strain;moreover,they are difficult to integrate into emerging soft electronic *** this study,we develop a flexible,elastic thermal regulator based on the reversible thermally induced deformation of a liquid crystal elastomer/liquid metal(LCE/LM)composite *** adjusting the crosslinking densities,the LCE foam exhibits a high actuation strain of 121%with flexibility below the nematic–isotropic phase transition temperature(TNI)and hyperelasticity above *** incorporation of LMresults in a high thermal resistance switching ratio of 3.8 over a wide working temperature window of 60◦C with good cycling *** feature originates from the synergistic effect of fragmentation and recombination of the internal LM network and lengthening and shortening of the bond line ***,we fabricate a“grid window”utilizing photic-thermal integrated thermal control,achieving a superior heat supply of 13.7℃ at a light intensity of 180mW/cm^(2)and a thermal protection of 43.4℃at 1200 mW/cm^(2).The proposed method meets the mechanical softness requirements of thermal regulatormaterials with multimode intelligent temperature control.

关键词： intelligent temperature control liquid crystal elastomer liquid metal thermal regulator thermomechanical coupling

40mm厚度Q500MC钢板大热输入焊接试验

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机械制造文摘（焊接分册） 2024年第3期 16-22页

作者：曲之国王东明王立志赵和明杨海峰日钢营口中板有限公司辽宁营口115005 辽宁省中厚板专业技术创新中心辽宁营口115005

采用Mg-Ti复合氧化物冶金处理方式试制了40 mm Q500MC钢板,并进行了热输入为276 KJ/cm的大热输入焊接实验。结果表明,钢板各项力学性能满足GB/T 1591要求,且韧脆转变温度T VE低于-60℃。焊接接头各项力学性能满足标准要求,热影响区各位... 详细信息

采用Mg-Ti复合氧化物冶金处理方式试制了40 mm Q500MC钢板,并进行了热输入为276 KJ/cm的大热输入焊接实验。结果表明,钢板各项力学性能满足GB/T 1591要求,且韧脆转变温度T VE低于-60℃。焊接接头各项力学性能满足标准要求,热影响区各位置0℃、-20℃冲击韧性满足标准要求且有一定余量。对比母材,焊接热影响区0℃冲击吸收能量降低约56%,-20℃冲击吸收能量降低约77%,热影响区韧脆转变温度T VE约为-18.4℃。经过大热输入焊接后,粗晶热影响区获得以晶内针状铁素体为主的组织,韧性水平较理想,热影响区正火区域宽度可达5~6 mm,组织以铁素体+珠光体为主,对应区域硬度较低,软化严重。

关键词： Q500MC 大热输入焊接气电立焊冲击吸收能量软化