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基于泡沫金属强化的吸附储氢罐储氢性能研究

航空动力学报 2023年

作者：荣杨一鸣孙怡高俊陈希谢林隆瑞中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司华中科技大学能源与动力工程学院

基于数值模拟分别探究了以MOF-5和AX-21为吸附剂时，不同泡沫金属孔隙率对在充气和放气过程中储氢罐内温度、压力、吸附量和总吸附量的影响。在充气阶段，储氢罐内添加泡沫金属可显著提高储氢罐内的有效导热系数，显著降低储氢罐的平均... 详细信息

基于数值模拟分别探究了以MOF-5和AX-21为吸附剂时，不同泡沫金属孔隙率对在充气和放气过程中储氢罐内温度、压力、吸附量和总吸附量的影响。在充气阶段，储氢罐内添加泡沫金属可显著提高储氢罐内的有效导热系数，显著降低储氢罐的平均温度，提高储氢罐内平均压力，有利于吸附反应的进行。在放气阶段，加入泡沫金属可增加储氢罐内平均温度，从而促进氢气的脱附。在放气过程中，随着泡沫金属孔隙率的减少，脱附反应显著区域逐渐向罐体中心扩展，从而加速氢气的脱附和释放。存在最优的泡沫金属填充孔隙率使储氢罐内总的氢气吸附量最大。对于MOF吸附剂而言，最优的泡沫金属填充孔隙率为0.8；对于AX-21吸附剂而言，最优的泡沫金属填充孔隙率为0.9。

关键词：泡沫金属金属有机骨架活性炭吸附储氢孔隙率

泡沫金属基复合析氢涂层催化材料的制备及性能研究

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泡沫金属基复合析氢涂层催化材料的制备及性能研究

作者：王辉北方工业大学

学位级别：硕士

本论文以MoS/ZrO双颗粒电沉积技术制备了泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料,观察了其形貌特点,研究了泡沫金属铜基MoS/ZrO双颗粒电沉积工艺对该析氢催化材料形貌结构、碱性电解水环境析氢性能的影响,探索了泡沫金属铜基MoS/ZrO双... 详细信息

本论文以MoS/ZrO双颗粒电沉积技术制备了泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料,观察了其形貌特点,研究了泡沫金属铜基MoS/ZrO双颗粒电沉积工艺对该析氢催化材料形貌结构、碱性电解水环境析氢性能的影响,探索了泡沫金属铜基MoS/ZrO双颗粒电沉积过程机理。具体研究内容如下:通过对正交实验设计下的泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料的形貌和组成进行表征,揭示了泡沫金属铜基MoS/ZrO双颗粒电沉积负载工艺主要影响因素-电沉积电压、电沉积时间、MoS和ZrO浓度的有效范围。进而分析了电沉积电压、电沉积时间、MoS和ZrO浓度工艺参数对泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料形貌和组成的影响。并且确定了MoS/ZrO双颗粒电沉积三种制备形貌和相结构较均匀且致密泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料的有效工艺ABCD、ABCD和ABCD。通过测试动电位极化曲线极化过电位和塔菲尔斜率等电化学方法分析了电沉积电压、电沉积时间、MoS和ZrO浓度工艺参数对泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料在碱性电解水环境的析氢性能的影响,结合MoS/ZrO双颗粒电沉积制备泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料的三种有效工艺,确定了MoS/ZrO双颗粒电沉积制备泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料最优工艺,该工艺参数为电沉积电压9V、电沉积时间5min、MoS颗粒浓度15g/L、ZrO颗粒浓度10g/L。动电位极化曲线极化过电位和塔菲尔斜率实验结果表明,最优MoS/ZrO双颗粒电沉积工艺制备的泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni析氢催化材料优于MoS或ZrO颗粒电沉积工艺制备的泡沫金属铜负载MoS-Ni析氢催化材料及泡沫金属铜负载ZrO-Ni析氢催化材料。研究表明,最优工艺制备的泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni材料具有最大电化学活化面积(167.39 m/g),这是其具有较好碱性电解水析氢性能的重要原因。电化学噪声研究结果表明,MoS和ZrO颗粒有利于泡沫金属铜基体表面Ni电沉积的形核,泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni材料电沉积中呈现扩散-电化学混合控制特征,微米MoS和ZrO双颗粒相互交互作用导致泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni材料电沉积过程中Ni形核难度增加。有限电解池流场环境电沉积研究结果表明,有限电解池容积限制导致泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni材料电沉积扩散过程减弱,不能提高泡沫金属铜负载(MoS/ZrO)-Ni材料电沉积的形核过程。

关键词：电解水析氢泡沫金属双颗粒电化学性能电沉积形核机理

泡沫金属整体式催化剂制备及其磁场耦合强化光催化CO2还原性能研究

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泡沫金属整体式催化剂制备及其磁场耦合强化光催化CO2还原性能研究

作者：唐铸东南大学

学位级别：硕士

工业化进程导致的二氧化碳排放量剧增问题给环境带来了巨大的压力,且随着温室效应的加剧,越发暴露出人与自然的深层次矛盾。对于缓解这个问题,光催化还原CO是一个理想的方法。但其仍然存在着转化效率低、太阳能利用率低和实际应用场景... 详细信息

工业化进程导致的二氧化碳排放量剧增问题给环境带来了巨大的压力,且随着温室效应的加剧,越发暴露出人与自然的深层次矛盾。对于缓解这个问题,光催化还原CO是一个理想的方法。但其仍然存在着转化效率低、太阳能利用率低和实际应用场景局限等缺点,导致限制了光催化的应用和发展。为了解决此类问题,本文从两个方面着重阐述:1、新型整体式催化剂合成思路和光催化性能研究;2、磁场耦合增强实际光催化性能研究。1、新型整体式催化剂的研究意义在于它克服了传统式纳米材料的诸多缺点,例如容易团聚、后分离困难且成本高以及耐久性差,这些缺点严重阻碍了它们的实际光催化性能及应用。整体式光催化剂的设计和制造因其可大量生产、制造成本低、可加工性简单以及多功能性而备受关注。此外,气体的吸附/解吸过程和太阳能的转换效率对光催化二氧化碳转换至关重要。在此,我们研究了两种基于金属有机框架ZIF-8和半导体Zn O的整体式光催化剂NF@Zn O@ZIF-8和NF@Zn O/Au@ZIF-8的合成,研究其在气体吸附性能、电荷分离效率和太阳能利用率上的性能提升,以探索整体式催化剂的结构调控对增强光催化性能的影响,为设计整体式催化剂及其实际光催化应用提供了一种理想的方法。2、外场强化光催化性能以克服太阳能的低能量密度和间歇性缺点,提高太阳能利用率,强化催化剂的实际光催化性能。本文的整体式光催化剂将外部磁场耦合到光催化过程中,在反应系统中实现多场协同作用,改善催化剂光催化活性。在磁场耦合反应体系下,催化剂的表面反应温度可以提高到180℃左右,此外可以改善电荷转移行为和电荷分离效率,提高表面电子浓度,显著增强光催化性能。在磁场耦合光催化反应体系下,整体式催化剂NF@Zn O/Au@ZIF-8的CH产量达到270.02μmol/g,具有高稳定性和高达89.72%的CH选择性。本文不仅从磁场耦合光催化反应体系显著增强CO还原性能的影响因素细致探究,还从反应体系温度、光电子密度影响、电荷转移速率和电荷分离效率等方面进行测试,以探究磁场耦合对于光催化反应的影响和性能增强机制。本文提出的新策略不仅从反应气体选择性吸附过程、光子利用率、电荷分离重整效率的角度设计了反应效率更高的整体式光催化剂,以适用于更多的实际应用场景,而且为未来磁场耦合的光催化体系应用提出了新的可能性。

关键词：光催化整体式催化剂 CO2还原泡沫金属磁场

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泡沫金属湍流射流发泡过程数值模拟研究

材料科学与工艺 2007年第2期15卷 177-181页

作者：刘红解茂昭李科王德庆大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 大连交通大学材料科学工程学院辽宁大连116024

应用欧拉-欧拉双流体模型,并采用分别描述气泡和液相湍流的k-ε两相湍流模型,描述制备泡沫金属过程中气体射流发泡过程的两相流动.通过对气泡和液体在流场中的受力分析,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布和流体流动的影响.预... 详细信息

应用欧拉-欧拉双流体模型,并采用分别描述气泡和液相湍流的k-ε两相湍流模型,描述制备泡沫金属过程中气体射流发泡过程的两相流动.通过对气泡和液体在流场中的受力分析,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布和流体流动的影响.预测结果和文献中的实验结果进行的对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.但由于目前尚缺乏气体射流破碎模型,喷嘴附近还存在较明显差异.

关键词：泡沫金属两相流射流发泡气含率数值模拟

泡沫金属/金属管塑性变形缓冲器降低弹载设备过载的数值模拟

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兵工学报 2013年第8期34卷 1041-1045页

作者：梁增友高位陈智刚中北大学地下目标毁伤技术重点学科实验室山西太原030051 中国兵器装备集团公司5013厂重庆402760

为降低弹载设备在弹丸高速侵彻目标过程中的高过载,设计一种可降低过载值的泡沫金属/金属管塑性变形缓冲器。利用有限元软件LS-DYNA对其在降低弹载设备过载上的效能进行数值模拟研究,通过数值模拟得到弹载设备侵彻过程中的过载时程曲线... 详细信息

为降低弹载设备在弹丸高速侵彻目标过程中的高过载,设计一种可降低过载值的泡沫金属/金属管塑性变形缓冲器。利用有限元软件LS-DYNA对其在降低弹载设备过载上的效能进行数值模拟研究,通过数值模拟得到弹载设备侵彻过程中的过载时程曲线,并与没有采取任何措施和仅采用单纯金属管塑性变形缓冲器的弹载设备过载时程曲线进行对比。结果表明:泡沫金属/金属管塑性变形缓冲器可以大幅降低高速、侵彻时间长的弹丸中的弹载设备过载,且在降低弹载设备过载效能和作用时间上优于单纯的金属管塑性变形缓冲器。

关键词：兵器科学与技术泡沫金属金属管塑性变形缓冲器弹载设备高过载

高孔隙率泡沫金属复合相变材料有效热导率的预测

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热科学与技术 2022年第6期21卷 542-549页

作者：梁恒刘益才汪谦旭郑梓敏邓炎姚尧张玙中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

基于十四面体泡沫金属的单元晶胞结构,提出了一种高孔隙率开孔泡沫金属复合相变材料有效热导率的预测模型。热量沿热流方向在金属骨架和填充介质中并行传递,推导得出包含结构参数f(节点边长与韧带半径之比)和d(韧带半径与韧带长度之比)... 详细信息

基于十四面体泡沫金属的单元晶胞结构,提出了一种高孔隙率开孔泡沫金属复合相变材料有效热导率的预测模型。热量沿热流方向在金属骨架和填充介质中并行传递,推导得出包含结构参数f(节点边长与韧带半径之比)和d(韧带半径与韧带长度之比)的有效热导率计算式。在孔隙率0.8890≤ε≤0.9770,针对单元晶胞的十六分之一结构,采用数值模拟的方法并结合实验数据的对比分析,校正了与有效热导率紧密相关的两个无量纲参数f和d,并以孔隙率的二阶多项式拟合出f变量的函数关系,以孔隙率的三阶多项式拟合出d变量的函数关系,从而确定出有效热导率的预测模型。通过与其他几种预测模型和实验数据的比较分析,结果表明:验证了当前预测模型具有较高的正确性和有效性,与实验值的平均相对误差ARD和相对均方根误差RMS分别为2.93%和3.50%,相对其他模型具有更高的预测精度。

关键词：有效热导率泡沫金属复合相变材料数值模拟热传导

内嵌泡沫金属的水下热滑翔机固液相变传热性能分析

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上海海事大学学报 2022年第4期43卷 113-119页

作者：彭浩陈亚琴李美林上海海事大学商船学院上海201306

为强化水下热滑翔机的固液相变传热性能,提出将泡沫金属嵌入水下热滑翔机换热管内的方法,通过数值模拟分析泡沫金属的材料种类和结构对相变速率、潜深、温度分布、换热管中心温度、体积变化率的影响。结果表明:不同材料种类和结构的泡... 详细信息

为强化水下热滑翔机的固液相变传热性能,提出将泡沫金属嵌入水下热滑翔机换热管内的方法,通过数值模拟分析泡沫金属的材料种类和结构对相变速率、潜深、温度分布、换热管中心温度、体积变化率的影响。结果表明:不同材料种类和结构的泡沫金属均可以显著提高固液相变速率;孔隙率为0.98的泡沫铝性能最优,不仅满足水下热滑翔机的运行要求,而且使得水下热滑翔机下潜阶段相变材料凝固时间减少78.7%,上浮阶段相变材料熔化所需时间减少93.1%,一个循环所需时间减少90.0%,潜深减少78.7%,这有利于增大水下热滑翔机的循环速率。

关键词：水下热滑翔机海洋温差能相变材料泡沫金属

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基于图像处理的泡沫金属孔结构分析

特种铸造及有色合金 2023年第8期43卷 1041-1048页

作者：达文豪王录才王艳丽游晓红黄闻战王芳太原科技大学材料科学与工程学院中北大学材料科学与工程学院

使用一种基于Python语言的图像处理技术,对泡沫金属孔隙的横截面积、孔穴棱边周长、费雷特直径、孔隙形态等参数进行精确表征,实现对泡沫金属图像的相对密度批量化计算及输出。检测结果精确到了0.001,对单个孔隙进行特征表征只需0.0085... 详细信息

使用一种基于Python语言的图像处理技术,对泡沫金属孔隙的横截面积、孔穴棱边周长、费雷特直径、孔隙形态等参数进行精确表征,实现对泡沫金属图像的相对密度批量化计算及输出。检测结果精确到了0.001,对单个孔隙进行特征表征只需0.0085 s,较传统方法缩短了82.3545 s,对146个孔隙进行特征表征只需1.241 s。

关键词：泡沫金属表征分析方法图像处理

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泡沫金属双向等应力拉伸的不同理论应用

稀有金属材料与工程 2005年第2期34卷 205-207页

作者：刘培生北京师范大学材料科学系北京100875

在已有的泡沫金属双向名义载荷强度与孔隙率关系的基础上,分析了该材料的双向等应力拉伸加载情形,探讨了泡沫金属在该情形下发生破坏的力学行为。研究结果显示,以“八面体模型”推导出来的有关力学关系,较好地表征了该材料在双向等载条... 详细信息

在已有的泡沫金属双向名义载荷强度与孔隙率关系的基础上,分析了该材料的双向等应力拉伸加载情形,探讨了泡沫金属在该情形下发生破坏的力学行为。研究结果显示,以“八面体模型”推导出来的有关力学关系,较好地表征了该材料在双向等载条件下的行为特点。

关键词：泡沫金属多孔金属多孔材料