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Molecular dynamics simulation of alkaline electrolyte diffusion in anion exchange membrane

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Science China(Technological Sciences) 2020年第11期63卷 2241-2255页

作者： SONG BingYe LI Dong HE YaLing HUANG Dong tong zixiang Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE School of Energy&Power EngineeringXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China

During the operation of alkaline direct liquid fuel cells,the alkaline electrolyte is usually needed in the anode electrode to accelerate the electrochemical reaction kinetics of the liquid ***,the crossover of the alkaline solution in the anode through the anion exchange membrane to the cathode can increase the transfer resistance of the oxygen in the *** order to reduce the crossover of the alkaline solution,the diffusion process of the alkaline solution in the anion exchange membrane needs to be fully *** this work,interface models of anion exchange membrane-alkaline electrolytes are established based on the cell structure of the quaternary ammonium polysulfone(QAPS)membrane to simulate the dynamic process of the alkaline solution in the *** effect of the type and the concentration of the alkaline solution on the transportation of the metal ions and OH^-in the membrane are *** results show that the agglomeration of Na+is formed more easily than K^+in the interface *** of the strong interaction of Na^+on OH^-,OH^-ions appear to be concentrated,resulting in that the diffusion coefficients of the metal ion and OH^-in the in Na^+solution are lower than those in the K^+*** addition,with the raised concentration of electrolyte solution,the aggregation degrees of the metal ions and OH^-can be increased,which means an enlarged mass transfer resistance of the ***,by adding a polytetrafluoroethylene(PTFE)layer on the QAPS membrane,the distribution of metal ions tends to be concentrated,and the number of hydrophilic channels in the QAPS membrane is reduced,which significantly increases the alkali resistance of the anion exchange membrane.

关键词： direct liquid fuel cells anion exchange membrane alkali crossover QAPS membrane

Optimization of the forearm angle for arm wrestling using multi-camera stereo digital image correlation: A preliminary study

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Theoretical & Applied Mechanics Letters 2021年第6期11卷 336-342页

作者： zixiang tong Xinxing Shao Zhenning Chen Xiaoyuan He Department of Engineering Mechanics School of Civil EngineeringSoutheast UniversityNanjing 211189China College of Aerospace Engineering Nanjing University of Aeronautics&AstronauticsNanjing 210016China

This study analyzes the function of different muscles during arm wrestling and proposes a method to analyze the optimal forearm angle for professional arm *** built a professional arm-wrestling platform to measure the shape and deformation of the skin at the biceps brachii of a volunteer in vivo during arm *** observed the banding phenomenon of arm skin strain during muscle contraction and developed a model to evaluate the moment provided by the biceps *** to this model,the strain field of the area of interest on the skin was measured,and the forearm angles most favorable and unfavorable to the work of the biceps brachii were *** study demonstrates the considerable potential of applying DIC and its extension method to the in vivo measurement of human skin and facilitates the use of the in vivo measurement of skin deformation in various sports in the future.

关键词： Arm wrestling Skin deformation measurement Multi-camera stereo digital image correlation Close-range photogrammetry Forearm angle

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导热-辐射耦合传热的多尺度分析和数值模型

航空学报 2021年第9期42卷 197-206页

作者：童自翔李明佳李冬西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049 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

复合材料高温传热特性的准确预测对飞行器热防护结构的设计有重要意义,相关模型也是国家数值风洞工程中多相多介质计算模型的重要组成部分。针对周期性结构复合材料的高温传热问题,利用多尺度渐进分析方法,对包含导热方程和辐射传输方... 详细信息

复合材料高温传热特性的准确预测对飞行器热防护结构的设计有重要意义,相关模型也是国家数值风洞工程中多相多介质计算模型的重要组成部分。针对周期性结构复合材料的高温传热问题,利用多尺度渐进分析方法,对包含导热方程和辐射传输方程的导热-辐射耦合传热模型开展了研究。建立了表征单元尺度模型及宏观平均导热-辐射耦合传热模型,获得了材料宏观等效导热系数与表征单元模型间的关系,发现宏观等效辐射吸收和散射等系数可通过表征单元内的体积平均求取。结合有限容积方法与格子Boltzmann方法,建立了复合材料导热-辐射耦合传热多尺度数值模型。采用二维常物性材料传热过程的模拟验证了多尺度模型的有效性,结果表明所建立的多尺度模型能够对温度场给出准确高效的计算结果。该方法有助于为复合材料传热特性的预测提供数值手段。

关键词：国家数值风洞工程热传导辐射传热多尺度分析复合材料格子Boltzmann方法

超临界二氧化碳印刷电路板式换热器设计及应用研究

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工程热物理学报 2022年第5期43卷 1351-1356页

作者：丁源童自翔王文奇曹锋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

作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环中的关键换热设备,印刷电路板式换热器(PCHE)对S-CO_(2)循环效率有着重要影响。为了提升S-CO_(2)循环效率,本文首先建立了PCHE的设计计算模型,并与文献数据进行对比验证了其可靠性;基于此,分析了... 详细信息

作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环中的关键换热设备,印刷电路板式换热器(PCHE)对S-CO_(2)循环效率有着重要影响。为了提升S-CO_(2)循环效率,本文首先建立了PCHE的设计计算模型,并与文献数据进行对比验证了其可靠性;基于此,分析了水力直径与通道数量等关键几何参数对平直翅片和翼型翅片2种典型PCHE流动与换热性能的影响规律;进一步,详细考察了翼型翅片PCHE内部流场分布特性;最后,对装机功率为兆瓦级的S-CO_(2)熔盐光热电站中的4种主要换热器分别进行了设计计算。结果表明,本文建立的PCHE设计计算模型具有较高的可靠性,可用于S-CO_(2)等工质的PCHE的设计与优化。

关键词：印刷电路板式换热器设计计算超临界二氧化碳太阳能光热电站

利用LBM-FVM-CA耦合方法模拟管表面上的颗粒沉积与脱离过程

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科学通报 2016年第17期61卷 1912-1921页

作者：童自翔何雅玲李印实谭厚章西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

发展了一个包含积灰形状演化、颗粒沉积和脱离机理的数值模型和计算方法,模拟了单排管表面的积灰过程.首先建立了流动的格子Boltzmann方法-有限容积方法(LBM-FVM)耦合的计算模型,给出了通过宏观参数构建多松弛LBM分布函数的重构算子;并... 详细信息

发展了一个包含积灰形状演化、颗粒沉积和脱离机理的数值模型和计算方法,模拟了单排管表面的积灰过程.首先建立了流动的格子Boltzmann方法-有限容积方法(LBM-FVM)耦合的计算模型,给出了通过宏观参数构建多松弛LBM分布函数的重构算子;并结合元胞自动机模型、能量平衡模型以及力和力矩分析,模拟了颗粒的运动、沉积和碰撞过程;其次,针对模拟的时间步长相对于实际积灰时间较短的困难,提出了用于将模拟时间换算到实际时间的比例;然后,具体模拟和分析了不同直径颗粒在不同入口速度下的积灰过程.结果显示,积灰面积随时间呈指数增长并趋近于一个平衡值;在颗粒质量分数一定时,存在一个积灰速率较高的速度范围;颗粒脱离在迎风面和管子正后方较为严重,但在背风面侧面相对缓和;积灰层在整个背风面生长,在迎风面形成锥形,改变了流动并阻止了颗粒的进一步沉积.

关键词：工业余热积灰颗粒沉积颗粒脱离格子Boltzmann方法有限容积方法

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典型烟气余热换热器气侧积灰特性

科学通报 2017年第12期62卷 1292-1301页

作者：王飞龙何雅玲汤松臻童自翔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

针对工业烟气中含尘量大,容易造成烟气换热器表面积灰的问题,对比研究了两种典型烟气余热换热器气侧的积灰特性.首先对比了两种翅片管换热器的流动特性,并结合离散相模型(DPM)模拟了飞灰颗粒的运动、碰撞和沉积过程;其次,针对模拟时间... 详细信息

针对工业烟气中含尘量大,容易造成烟气换热器表面积灰的问题,对比研究了两种典型烟气余热换热器气侧的积灰特性.首先对比了两种翅片管换热器的流动特性,并结合离散相模型(DPM)模拟了飞灰颗粒的运动、碰撞和沉积过程;其次,针对模拟时间步长相对于实际时间较短的问题,提出了通过时间放大因子将数值模拟结果与时间换算到实际时间尺度的方法;然后,具体研究了实际时间尺度下两种H型翅片管表面的积灰特性,分析了入口速度和颗粒粒径的影响.结果显示,飞灰颗粒主要沉积于H型翅片管前侧的流动滞止区和管后的尾涡区;双H翅片管的积灰特性稍优于单H型翅片管;渐进污垢热阻随着入口速度和颗粒粒径的增大而迅速减小.

关键词：工业余热 H型翅片管流动特性积灰特性污垢热阻

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自由场听觉距离感知因素的动态虚拟实验研究

声学学报 2024年第06期49卷 1172-1185页

作者：朱俊谢菠荪赵童燕子翔华南理工大学物理与光电学院声学研究所

已有的物理分析和基于真实声源的实验研究表明,响度和近场头相关传输函数(HRTF,包括双耳声级差ILD和耳的声压谱)是自由场下听觉距离感知因素。但近年基于虚拟听觉重放(VAD)平台的相关实验结论却与此不一致,特别是在近场HRTF中的ILD是否... 详细信息

已有的物理分析和基于真实声源的实验研究表明,响度和近场头相关传输函数(HRTF,包括双耳声级差ILD和耳的声压谱)是自由场下听觉距离感知因素。但近年基于虚拟听觉重放(VAD)平台的相关实验结论却与此不一致,特别是在近场HRTF中的ILD是否为自由场距离感知的重要因素问题上存在争议。为解决这些争议并进一步研究不同因素的贡献及其协同作用,利用动态VAD平台和准确的近场HRTF合成的双耳声信号并使用耳机重放,采用心理声学实验研究了距离感知因素。结果表明,首先不同距离感知因素的贡献与声源的方向有关:(1)响度因素在所有方向都有重要贡献;(2) ILD主要在侧向有重要贡献,其贡献随着声源向前、后或高仰角偏离侧向而减少;(3)谱是较弱的因素,只有在中垂面ILD为零时才有可能检测到其贡献。其次,不同因素间存在协同交互作用和一定冗余:(1)响度与ILD的交互作用明显增强侧向距离感知;(2)响度与谱因素交互作用一定程度上增强后方的距离感知;(3)单一的ILD或响度可在一定程度上产生侧向距离感知。近年距离感知研究中的争议主要是因为这些实验是在稳态VAD平台上进行的,稳态VAD容易引起头中定位,影响距离感知;同时不准确的近场HRTF数据、不合适的实验方法与数据统计也会导致不一致的实验结论。

关键词：听觉距离感知动态虚拟听觉重放近场头相关传递函数响度

烟气余热回收换热器积灰抑制技术研究及参数优化

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西安交通大学学报 2017年第9期51卷 19-25页

作者：汤松臻王飞龙童自翔何雅玲西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为了探讨能够减轻积灰的烟气余热回收换热器结构布置,提出了在换热管后加附属圆柱的方式,对6排管顺排布置换热器的流动传热及积灰特性进行了数值研究;其次,采用正交试验法分析了附属圆柱的各因素组合方式对换热器积灰及流动换热性能的影... 详细信息

为了探讨能够减轻积灰的烟气余热回收换热器结构布置,提出了在换热管后加附属圆柱的方式,对6排管顺排布置换热器的流动传热及积灰特性进行了数值研究;其次,采用正交试验法分析了附属圆柱的各因素组合方式对换热器积灰及流动换热性能的影响,获得了影响积灰及换热性能的主次要因素;最终得出能够有效降低颗粒沉积率的较优组合结构参数。结果表明:对于沉积率指标,附属圆柱直径是最敏感的因素,附属圆柱与换热管间距次之,附属圆柱安装角影响最小,而影响换热性能的最敏感因素为附属圆柱安装角;综合考虑颗粒沉积率与换热性能,选择的最优方案是附属圆柱直径为6mm、圆柱与换热管间距为4mm、附属圆柱安装角为40°;将颗粒沉积率作为优化目标,按照正交设计的最优组合管束与光管管束相比,其颗粒沉积率降低约55.1%,能够实现工业烟气余热的高效回收利用。

关键词：工业余热烟气换热器抑制积灰正交设计

碱性阴离子交换膜燃料电池用于消除微藻固碳过程中溶氧效应的实验研究

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西安交通大学学报 2020年第8期54卷 27-34页

作者：宋秉烨李明佳童自翔刘占斌西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

针对微藻固碳过程中藻液产生的高浓度溶氧会抑制藻细胞生长、降低CO2固定效率的问题,搭建了管式光生物反应器实验台用于藻类的高效培养和固碳,提出了利用电化学方法抑制藻液中溶氧效应的研究思路。首先开展管式光生物反应器培养小球藻... 详细信息

针对微藻固碳过程中藻液产生的高浓度溶氧会抑制藻细胞生长、降低CO2固定效率的问题,搭建了管式光生物反应器实验台用于藻类的高效培养和固碳,提出了利用电化学方法抑制藻液中溶氧效应的研究思路。首先开展管式光生物反应器培养小球藻的实验研究,对比了光生物反应器与锥形瓶2种培养装置对小球藻生长特性的影响,其次实验研究了利用碱性阴离子交换膜燃料电池的阴极氧还原反应去除藻液中的溶解氧。结果表明:管式光生物反应器运行10个周期之后,微藻的质量浓度达到769 mg/L,生物量增长了10倍,培养效果明显优于锥形瓶培养;经过系统持续运行4 h之后,藻液中的溶氧量由18.35 mg/L降低到6.19 mg/L,溶氧消耗效率为66.3%,电池的最大功率密度达到81 W/m^2。研究证明,采用燃料电池的阴极电化学反应可以实现藻液中溶解氧快速有效地消耗,这一方面提升了微藻的固碳效率,另一方面输出了电能,降低了系统能耗。

关键词：光生物反应器微藻固碳溶氧消耗碱性燃料电池