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多孔氧化铝中气体的有效扩散系数

化工学报 2001年第4期52卷 306-310页

作者：辛峰尹晓红王富民廖晖李绍芬天津大学化工学院化学工程系天津300072 天津化工研究设计院天津300131

在两种氧化铝中 ,分别采用C2 H4 、Ar和CO2 进行了两组分和三组分的Wicke -Kallenbach定态扩散实验 .由尘气模型和Stefan -Maxwell方程建立起的扩散通量方程 ,对实验结果加以处理 ,得到了两组分扩散的有效扩散系数及三组分扩散的虚拟两... 详细信息

在两种氧化铝中 ,分别采用C2 H4 、Ar和CO2 进行了两组分和三组分的Wicke -Kallenbach定态扩散实验 .由尘气模型和Stefan -Maxwell方程建立起的扩散通量方程 ,对实验结果加以处理 ,得到了两组分扩散的有效扩散系数及三组分扩散的虚拟两组分有效扩散系数 .同时 ,针对过渡区扩散推出了等温下两组分扩散的有效扩散系数为常数应满足的基本条件 ,所得结论和实验结果相吻合 .而对三组分扩散中的虚拟两组分有效扩散系数不能按照常数处理 .此外 ,无论是两组分或三组分扩散 ,对每一种氧化铝而言 ,有着相近的曲折因子。

关键词：气体扩散有效扩散系数曲折因子结构扩散通量方程多孔氧化铝传质多组分扩散气固催化反应

三合一电极参数对固体氧化物燃料电池性能的影响

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武汉理工大学学报 2017年第7期39卷 15-20页

作者：蔡熊峰蔡东根杨云珍夏卫生武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室武汉430074

根据SOFC的工作原理,建立了单电池SOFC数学模型,采用计算流体力学有限元软件对此模型进行数值仿真,分析比较了不同电极参数对电池性能的影响。结果表明,增大孔隙率或减小曲折因子都可以提高电池输出功率和燃料利用率。与相关研究者的结... 详细信息

根据SOFC的工作原理,建立了单电池SOFC数学模型,采用计算流体力学有限元软件对此模型进行数值仿真,分析比较了不同电极参数对电池性能的影响。结果表明,增大孔隙率或减小曲折因子都可以提高电池输出功率和燃料利用率。与相关研究者的结果进行对比,有较好的吻合度,为提高SOFC性能的进一步研究提供了理论基础和参考。

关键词： SOFC 数值模拟电极参数孔隙率曲折因子

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膜吸收用疏水性多孔膜结构参数的确定

膜科学与技术 2005年第2期25卷 25-29页

作者：张秀莉张卫东张泽廷北京化工大学化学工程学院北京100029

理论分析了疏水性多孔膜气体渗透原理和膜各种结构特征参数的关系,并建立了计算气体渗透通量的模型方程,以及确定多孔膜曲折因子等结构参数的方法.通过气体渗透实验和建立的模型,对6种聚四氟乙烯(PTFE)多孔平板膜的曲折因子等结构参数... 详细信息

理论分析了疏水性多孔膜气体渗透原理和膜各种结构特征参数的关系,并建立了计算气体渗透通量的模型方程,以及确定多孔膜曲折因子等结构参数的方法.通过气体渗透实验和建立的模型,对6种聚四氟乙烯(PTFE)多孔平板膜的曲折因子等结构参数进行了测试计算,并根据测得的膜孔隙率结果,比较了曲折因子与孔隙率的关系.对不同气体透过不同结构参数的多孔膜的传递形式进行了讨论.

关键词：结构参数多孔膜疏水性聚四氟乙烯(PTFE) 膜吸收结构特征参数曲折因子渗透原理模型方程渗透通量渗透实验测试计算传递形式气体透过孔隙率平板膜

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磁场辅助毛细管电色谱

中国科学（B辑） 2009年第8期39卷 728-732页

作者：陈磊王宏玲万谦宏天津大学药物科学与技术学院天津300072

磁场辅助毛细管电色谱是液相色谱研究领域中出现的新技术.它利用外加磁场的引力将置于毛细管内的具有磁响应性的硅胶微球或四氧化三铁微球固定在管内任意位置.磁场固定微球聚集体既可用作填充柱,直接用于电色谱分离;也可用作柱筛,用于... 详细信息

磁场辅助毛细管电色谱是液相色谱研究领域中出现的新技术.它利用外加磁场的引力将置于毛细管内的具有磁响应性的硅胶微球或四氧化三铁微球固定在管内任意位置.磁场固定微球聚集体既可用作填充柱,直接用于电色谱分离;也可用作柱筛,用于填装由商品色谱填料组成的色谱柱.这一技术的优势在于制备简便易行,柱管可以再生使用,适合于微流控芯片上柱筛或柱床的制作.本文简要评述磁场辅助毛细管电色谱的进展,包括磁性色谱填料的制备,磁场固定柱床电色谱,磁性柱筛电色谱及毛细管柱内柱结构参数的测定等方面.

关键词：电色谱磁场磁性微球填充柱柱筛曲折因子孔率

FBD高温变换催化剂动力学研究有效扩散系数的测定

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石油化工 2004年第Z1期33卷 620-622页

作者：张卿李涛郑起朱炳辰福州大学国家化肥催化剂工程研究中心福建福州350002 华东理工大学化学工程系上海200237 福州大学国家化肥催化剂工程研究中心福建福州350002 华东理工大学化学工程系上海200237

采用动态法,对装填有FBD变换催化剂单颗粒线反应器中脉冲注入示踪剂,并由自行开发的计算机采样系统自动分析脉冲-应答曲线,获得了该曲线在不同条件下的一阶原点矩和二阶中心矩,通过参数估值得到颗粒内的有效扩散系数,从而计算出FBD催化... 详细信息

采用动态法,对装填有FBD变换催化剂单颗粒线反应器中脉冲注入示踪剂,并由自行开发的计算机采样系统自动分析脉冲-应答曲线,获得了该曲线在不同条件下的一阶原点矩和二阶中心矩,通过参数估值得到颗粒内的有效扩散系数,从而计算出FBD催化剂的曲折因子.经测定,FBD催化剂的曲折因子为2.95.

关键词： FBD催化剂单颗粒线反应器有效扩散系数曲折因子

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阳极支撑型固体氧化物燃料电池的热应力分析

武汉理工大学学报 2017年第11期 1-6页

作者：蔡东根蔡熊峰杨云珍夏卫生华中科技大学塑性成型模拟与模具技术国家重点实验室武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室

根据阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的工作原理,建立SOFC的有限元热应力模型,研究燃料电池两侧集流板、阴阳极板孔隙率和曲折因子对其热应力值和位移的影响。结果表明:单电池两侧集流板对三合一电极(Mem... 详细信息

根据阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的工作原理,建立SOFC的有限元热应力模型,研究燃料电池两侧集流板、阴阳极板孔隙率和曲折因子对其热应力值和位移的影响。结果表明:单电池两侧集流板对三合一电极(Membrane Electrode Assembly,MEA)的限制作用明显,影响了MEA的等效应力和位移分布;提高阴阳极板的孔隙率或者降低其曲折因子均在一定程度上加大了电化学的反应速率,提高了电池输出性能,同时也造成电池阴阳极板的最大等效应力值和位移值增加,导致SOFC结构性能降低。此工作为本领域的进一步研究发展提供了有用的参考数据。

关键词：固体氧化物燃料电池孔隙率曲折因子热应力

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用电镜照片定量描述多壁碳纳米管的曲折状态

电子显微学报 2006年第2期25卷 124-130页

作者：周卫平项荣魏飞罗国华清华大学化学工程系北京100084

碳纳米管的形貌受制备方法以及各种后处理过程的影响。为了清楚地描述碳纳米管的形貌特征,本文建立了一种用电镜照片对碳纳米管曲折状态进行定量表征的方法。将一定数量多壁碳纳米管的高分辨透射电镜或扫描电镜照片进行观察和统计分析后... 详细信息

碳纳米管的形貌受制备方法以及各种后处理过程的影响。为了清楚地描述碳纳米管的形貌特征,本文建立了一种用电镜照片对碳纳米管曲折状态进行定量表征的方法。将一定数量多壁碳纳米管的高分辨透射电镜或扫描电镜照片进行观察和统计分析后,通过引入曲折因子(tortuosity factor TF)和计算标尺(calculating scale CS)两个参数,可以定量表征多壁碳纳米管的曲折程度。本文用该方法对三种不同的多壁碳纳米管进行了表征:纳米聚团流化床反应器制备的多壁碳纳米管、浮游法制备的超长阵列多壁碳纳米管以及静电纺聚环氧乙烷纳米纤维中的多壁碳纳米管。结果显示在所统计的计算标尺范围内,不同多壁碳纳米管的曲折因子有着显著的差异,进而根据多壁碳纳米管曲折因子的差异深入分析了制备方法以及处理过程对其形貌的影响。

关键词：多壁碳纳米管透射电镜扫描电镜静电纺曲折因子计算标尺

多孔陶瓷膜孔隙结构输运性能的计算模拟与实验研究

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多孔陶瓷膜孔隙结构输运性能的计算模拟与实验研究

作者：王智文中国科学技术大学

学位级别：硕士

多孔陶瓷膜属于膜分离技术领域的重要分支,与有机膜相比,陶瓷膜材质具有耐高温、抗化学腐蚀、机械强度高和环境友好等诸多优点,在化工、能源、冶金、环保等领域得到越来越广泛的应用。对多孔陶瓷膜的孔结构输运性能进行定量表征可为多... 详细信息

多孔陶瓷膜属于膜分离技术领域的重要分支,与有机膜相比,陶瓷膜材质具有耐高温、抗化学腐蚀、机械强度高和环境友好等诸多优点,在化工、能源、冶金、环保等领域得到越来越广泛的应用。对多孔陶瓷膜的孔结构输运性能进行定量表征可为多孔陶瓷膜制备和应用提供重要参考。本课题基于三维孔结构数据,建立扩散数值模拟方法综合分析多孔陶瓷孔隙的连通性和曲折因子大小,扩散模拟的研究对象包括相转化流延法制得的多孔氧化铝样品和计算机产生的孔隙随机分布的虚拟样品。第一章简要地介绍了多孔陶瓷膜的研究和应用现状,主要内容包括多孔陶瓷膜的分类、孔结构成型工艺、表征参数及其方法、三维微结构的断层扫描成像研究。第二章以一个虚拟的孔隙随机分布样品为例,详细介绍了扩散数值模拟方法的建立过程,指出该方法可根据稳态下孔隙内扩散物质的浓度分布,分析孔结构的连通性,包括区分贯通孔、半开孔和封闭孔,并对各自含量进行统计;该方法还可进一步识别贯通孔中对输运不起作用的无效孔;根据多孔样品在扩散模拟稳态下的扩散通量,结合由浓度分布区分出的各类孔隙率,可计算由总孔隙率、贯通孔孔隙率以及输运有效孔隙率分别修正得到的三类曲折因子。此外,第二章还研究了孔隙随机分布样品的孔隙率、取样尺寸大小和厚度与边长之比对曲折因子大小的影响。第三章采用相转化流延法制备了非对称氧化铝多孔陶瓷膜并利用SRCT技术获得其三维孔结构数据。利用扩散数值模拟方法分析其沿指状孔生长方向的孔结构输运性能,同时采用计算机产生尺寸和孔隙率与其一致的虚拟样品作对比,结果表明对于总孔隙率都为34.7%的两种样品,前者的输运有效孔隙率为27.98%,后者的输运有效孔隙率为9.96%。对两种样品的曲折因子计算表明,相转化流延法制得的氧化铝陶瓷膜分别以总孔隙率、贯通孔孔隙率以及输运有效孔隙率修正得到的曲折因子为2.01,1.94,1.62,而孔隙随机分布虚拟样品对应的三类曲折因子分别为67.28,46.17,19.30。由扩散有效曲折因子可推算得几何曲折因子,该值直接反映了孔隙通道的弯曲程度,经计算,相转化样品几何曲折因子为1.27,而孔隙随机分布样品为4.39。两种样品各类曲折因子计算结果的横向和纵向对比有力地说明相转化流延法制得的多孔陶瓷的孔隙结构非常利于物质输运。第四章采用相转化流延法和添加石墨造孔剂制备多孔支撑层的双层流延方法制备非对称氧化铝多孔陶瓷膜和非对称YSZ-LSM陶瓷氧分离膜,对其中的多孔陶瓷膜进行气体渗透测试,实验表明相转化流延法制备的陶瓷膜气体渗透通量要远大于普通双层流延法;氧分离膜的氧气渗透测试结果也表明相转化流延法制备的氧分离膜具有更大的氧渗透通量。本章从实验上说明相转化流延法制备非对称陶瓷分离膜不仅工艺简单,而且制备的分离膜的多孔支撑层所具有的特殊孔结构有利于提高分离膜的分离通量。第五章对本论文的工作进行了总结,并对多孔陶瓷膜孔隙输运性能模拟研究的进一步工作进行了展望。

关键词：多孔陶瓷膜扩散曲折因子模拟渗透相转化 SRCT

锂离子电池直形孔电极涂层的模拟优化与实验制备

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锂离子电池直形孔电极涂层的模拟优化与实验制备

作者：童微雯华东理工大学

学位级别：硕士

锂离子电池作为一种储能设备,具有高能量密度、长循环寿命、安全和低成本等特性,在电子产品、动力汽车、风电系统储能等领域得到了广泛应用。然而锂离子电池在较高功率密度下存在较强的锂离子扩散限制,使电池能量密度会大幅度下降,而这... 详细信息

锂离子电池作为一种储能设备,具有高能量密度、长循环寿命、安全和低成本等特性,在电子产品、动力汽车、风电系统储能等领域得到了广泛应用。然而锂离子电池在较高功率密度下存在较强的锂离子扩散限制,使电池能量密度会大幅度下降,而这一问题在电极涂层较厚、孔隙率较小的情况下尤为突出。为了提高锂离子在电极涂层内的扩散速率,本文在不改变电极材料孔隙率和电极厚度的前提下,在电极涂层中引入了一种直形孔结构,并对电极涂层中的孔隙率分布及孔道结构进行设计,以改善锂离子在锂离子电池电极内的传输过程。本文采用一种简单而高效的方法来优化电极涂层内孔道结构。首先建立了直形孔电极涂层的模型方程,得到了代表锂离子扩散路径相对长度的有效曲折因子τeff与孔结构参数、电极宏观孔隙率等变量的表达式。再采用Matlab软件量化分析了不同孔密度下的最优孔径值,用数值计算比较了具有较佳孔结构参数的电极与多孔电极在不同孔隙率下有效曲折因子τeff的差异。数值计算结果表明当钴酸锂直形孔电极孔隙率从0.32增加到0.45,电极的有效曲折因子τeff从2.69下降至2.51;当石墨直形孔电极孔隙率从0.25增加到0.42,电极的有效曲折因子Teff从3.91下降至2.50。本文采用锂离子电池仿真的方法对优化结果中的典型变量数值进行仿真模拟计算以验证优化方法的有效性。首先用Comsol软件对具有直形孔电极的锂离子电池进行了仿真模拟计算,然后绘制了各个条件下的能量密度-功率密度曲线以比较电池的倍率性能,结果表明具有较佳孔结构参数的钴酸锂电极在孔隙率为0.39、电极厚度为300 μm、放电速率为3C时,直形孔电极比多孔电极的能量密度提高了 1.87倍;具有较佳孔参数结构的石墨电极在孔隙率为0.35、电极厚度为120 μm、放电速率为5C时,直形孔电极比多孔石墨电极能量密度提高了 2.9倍。锂离子电池模拟仿真的结果与模型的数值优化方法获得的结果一致,证明了所建立的直形孔电极优化方法的合理性。最后,本文从实用性的角度出发,采用了一种较为简便的制备直形孔电极的方法,并对所制备的钴酸锂直形孔电极做了充放电容量测试。倍率测试结果表明该200 μm直形孔钴酸锂电极在2C放电速率下的容量损失仅为10%,与多孔钴酸锂电极50%左右的容量损失相比,直形孔电极倍率性能明显提高。

关键词：电极涂层结构曲折因子倍率性能模拟与优化实验制备