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泡沫金属流道对PEMFC性能的影响

中南大学学报（自然科学版） 2022年第12期53卷 4617-4626页

作者：孙峰苏丹丹殷宇捷庞彬董小平李志远河北大学质量技术监督学院河北保定071000 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心河北保定071000

采用立方孔模型建立泡沫金属流道的三维PEMFC几何模型,并与直流道PEMFC模型进行对比分析,其次研究泡沫金属孔隙率对PEMFC反应气体压力分布、反应气体摩尔分数分布以及极化曲线的影响,在此基础上对泡沫金属流道孔隙率分层和孔隙率梯度进... 详细信息

采用立方孔模型建立泡沫金属流道的三维PEMFC几何模型,并与直流道PEMFC模型进行对比分析,其次研究泡沫金属孔隙率对PEMFC反应气体压力分布、反应气体摩尔分数分布以及极化曲线的影响,在此基础上对泡沫金属流道孔隙率分层和孔隙率梯度进行研究。研究结果表明:与直流道相比,泡沫金属流道PEMFC峰值功率密度提高了23.9%;增大泡沫金属流道的孔隙率,可减小氧气的流动阻力,提高PEMFC的输出性能;增大泡沫金属流道沿气体流动方向或厚度方向的分层数量均能够提高PEMFC的峰值功率密度,并且沿厚度方向的分层方案效果更佳;泡沫金属流道沿厚度方向采用孔隙率梯度设计能够明显提高PEMFC的输出性能。当孔隙率梯度k=5%时,PEMFC的峰值功率密度为0.913 W/cm^(2),比k=0时提高了3.87%。

关键词：质子交换膜燃料电池泡沫金属孔隙率传质特性电流密度

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

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河北大学学报(自然科学版) 2023年

作者：庞彬周紫烨齐晓帆郑涵升河北大学质量技术监督学院河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙... 详细信息

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

关键词：双馈异步风力发电机转子匝间短路非线性动力学振动特性故障诊断

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流线型挡板对PEMFC性能的影响

电源学报 2022年第5期20卷 84-91页

作者：孙峰苏丹丹殷宇捷河北大学质量技术监督学院保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心保定071000

优化质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)的流道结构是强化反应气体传输及提升输出性能的一种重要方法。在PEMFC直流道中添加了一种新型流线型挡板结构,与矩形挡板进行了对比,并分析了流线型挡板的背风面长度... 详细信息

优化质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)的流道结构是强化反应气体传输及提升输出性能的一种重要方法。在PEMFC直流道中添加了一种新型流线型挡板结构,与矩形挡板进行了对比,并分析了流线型挡板的背风面长度对PEMFC传质特性的影响。最后在平行流场中添加流线型挡板,研究了挡板的分布方式对PEMFC性能的影响。结果表明,在直流道内添加挡板提高了挡板下方反应气体的流动速度,增加了扩散层中的反应气体总通量,PEMFC电流密度得到提高。当流线型挡板的背风面长度增加时,有利于减小挡板后方的涡流大小。此外,在平行流场中添加流线型挡板并采用交错分布时,增大了平行流场中的反应气体压降,提高了催化层中的反应气体浓度。当工作电压为0.5 V时,采用交错分布平行流场的PEMFC电流密度比常规平行流场提高了3.4%。研究结果可为今后挡板优化及分布方式的研究提供理论基础和技术储备。

关键词：质子交换膜燃料电池流道平行流场挡板

基于sECANet通道注意力机制的肾透明细胞癌病理图像ISUP分级预测

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电子与信息学报 2022年第1期44卷 138-148页

作者：杨昆常世龙王尉丞高聪刘筱刘爽薛林雁河北大学质量技术监督学院保定071002 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心保定071002

为了对肾透明细胞癌(ccRCC)进行准确核分级以改善肾癌的治疗和预后,该文提出一种新的通道注意力模块sECANet,通过计算特征图中当前通道与临近通道以及当前通道与远距离通道之间的信息交互来获取更多有用的特征。实验中收集了90例患者的... 详细信息

为了对肾透明细胞癌(ccRCC)进行准确核分级以改善肾癌的治疗和预后,该文提出一种新的通道注意力模块sECANet,通过计算特征图中当前通道与临近通道以及当前通道与远距离通道之间的信息交互来获取更多有用的特征。实验中收集了90例患者的肾组织病理图像,进行裁切和增强后采用五折交叉验证法对改进后的网络在Patch级别进行验证。实验结果表明,该文所提出的模型在Patch级别上鉴别ISUP分级的准确率为78.48±3.17%,精确率为79.95±4.37%,召回率为78.43±2.44%,F1分数为78.51±3.04%。进一步地,对每个病例所有Patch的预测结果采用多数投票法得到Image级别的分类结果,所有病例的准确率为88.89%,精确率为89.88%,召回率为87.65%,F1分数为88.51%。因此,sECANet在Patch级别和Image级别上均优于其他注意力机制和基本网络模型ResNet50。据此,该文所构建的病理图像ccRCC ISUP分级模型有良好的诊断效能,可以为患者的治疗和预后提供一定的参考。

关键词：肾透明细胞癌 ISUP分级病理图像深度学习注意力机制

多组元化合物掺杂改善MgH_(2)释放氢的催化作用与催化机制研究进展

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材料导报 2023年第17期37卷 28-35页

作者：董小平张昭卿杨丽颖忻胜海李健河北大学质量技术监督学院河北保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心(筹) 河北保定071002 保定市新能源车辆动力工程技术研究中心河北保定071002

镁氢化物的结构热力学稳定性高、释放氢动力学缓慢等延缓了其实用化进程,研究者通过向其掺杂适量的具有催化效应的合金元素或化合物来改善该问题。MgH_(2)氢化物释放氢难易程度与其反应焓变和活化能有关,其机制主要有:较大颗粒或大块材... 详细信息

镁氢化物的结构热力学稳定性高、释放氢动力学缓慢等延缓了其实用化进程,研究者通过向其掺杂适量的具有催化效应的合金元素或化合物来改善该问题。MgH_(2)氢化物释放氢难易程度与其反应焓变和活化能有关,其机制主要有:较大颗粒或大块材料中镁形核生长——MgH_(2)基体表面的氢原子扩散模型;微米或纳米级的Mg形核生长——新形成镁外层的氢原子扩散模型。掺杂金属元素(M、RE)或二元氧化物或卤化物的催化作用在于形成的(M或RE)-H削弱了Mg-H键的结合能力,在机械球磨的协助下,二元氧化物或卤化物促进MgH_(2)形成丰富的缺陷并增大其比表面积、诱导Mg表面改性、激发Mg-H解离等。掺杂三元或多元化合物的贡献在于改善复合材料的微观特性、降低释放氢的起始温度和释放氢反应的活化能、提高释放氢速率。掺杂化合物对MgH_(2)的催化机制主要为:调整了MgH_(2)释放氢的反应途径、增加释放氢的反应活性点、在MgH_(2)基体中分布均匀、具有独特的化学活性、与MgH_(2)反应原位形成的产物——金属单质、氧化物或氟化物或合金、氢化物等具有多相协同催化作用。本文归纳了改善MgH_(2)释放氢掺杂的三元或多元化合物的催化作用与机制,提出了改善MgH_(2)释放氢的热力学和动力学的研究措施并展望了其应用前景,以期为研制出使用条件温和、热力学/动力学条件不苛刻的MgH_(2)氢化物提供参考。

关键词： MgH_(2)氢化物三元或多元化合物热力学/动力学催化机制

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基于最薄弱环节理论的局部失效概率预测方法

钢铁 2024年第5期59卷 161-171页

作者：孙振铎吕松峰李伟庞彬河北大学质量技术监督学院河北保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心河北保定071002 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了计算表面强化钢的疲劳极限和局部失效概率,基于渗碳CrMn钢、渗碳CrNiW钢和渗氮CrNiW钢,设计了1种光滑试样和2种缺口试样,开展3种钢材的超高周疲劳试验。使用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察,分析3种钢材的S-N曲线并确定其失效模... 详细信息

为了计算表面强化钢的疲劳极限和局部失效概率,基于渗碳CrMn钢、渗碳CrNiW钢和渗氮CrNiW钢,设计了1种光滑试样和2种缺口试样,开展3种钢材的超高周疲劳试验。使用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察,分析3种钢材的S-N曲线并确定其失效模式。在高应力状态下,试样主要发生由表面加工缺陷与表面夹杂诱发的表面失效,在低应力状态下,试样主要发生由内部夹杂、不均匀基体组织及碎化区诱发的内部失效。使用纳米压痕法对3种钢材由表及里的微观硬度进行测定,渗碳CrMn钢、渗碳CrNiW钢的渗碳层深度分别为500μm与900μm,渗氮CrNiW钢的渗氮层深度为280μm。基于最薄弱环节理论构建了表面强化钢的局部失效概率预测模型,采用建立有限元模型的方法对局部等效应力进行计算,优化表面-内部局部失效概率计算模型的参数计算方法,并对3种钢材的疲劳极限和局部失效概率进行计算。结果表明,模型所计算的疲劳极限和试验结果较为吻合,两者的最大误差为5.37%。该模型计算出的表面局部失效概率和试验结果较为接近,计算的内部局部失效概率和试验结果偏差较小。

关键词：渗碳CrMn钢渗碳CrNiW钢渗氮CrNiW钢表面-内部失效失效概率预测模型

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基于表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命预测模型

兵器材料科学与工程 2024年第2期47卷 15-23页

作者：孙振铎吕松峰庞彬李伟河北大学质量技术监督学院河北保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心河北保定071002 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了预测表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命,分别对渗碳CrMn钢的光滑试样与渗氮CrNi钢的光滑、缺口试样开展超高周疲劳试验,观察试样的疲劳缺口,分析试样的S-N曲线及疲劳损伤机理。考虑应力比、疲劳缺口系数与残余应力3种因素,构建更准确的... 详细信息

为了预测表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命,分别对渗碳CrMn钢的光滑试样与渗氮CrNi钢的光滑、缺口试样开展超高周疲劳试验,观察试样的疲劳缺口,分析试样的S-N曲线及疲劳损伤机理。考虑应力比、疲劳缺口系数与残余应力3种因素,构建更准确的裂纹萌生寿命预测模型,并对表面失效的裂纹萌生寿命进行预测。用Israel提出的裂纹扩展寿命预测模型计算裂纹扩展寿命,再将预测的裂纹萌生与扩展寿命相结合得到总疲劳寿命。结果表明:裂纹萌生寿命预测模型的预测结果与试验结果基本一致,构建的新模型较可靠。计算的总疲劳寿命与试验疲劳寿命相比,绝大部分都小于3倍误差,寿命预测较精准。

关键词：渗碳CrMn钢渗氮CrNi钢寿命预测裂纹萌生裂纹扩展

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基于并联流风冷的锂离子电池温度统计分析

消防科学与技术 2023年第2期42卷 181-186页

作者：董小平李健郭建成河北大学质量技术监督学院河北保定071002 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心(筹) 河北保定071002 保定市新能源车辆动力工程技术研究中心河北保定071002

为研究锂离子电池运行时产生的热堆积及热量分布不均匀问题,在并联流风冷的基础上,采用ANSYSAIM软件模拟了不同楔形进风口倾斜角度和添加扰流板下电池组的温度。研究了进风口倾斜角度、扰流板倾角度与位置对电池组散热性能的影响以及温... 详细信息

为研究锂离子电池运行时产生的热堆积及热量分布不均匀问题,在并联流风冷的基础上,采用ANSYSAIM软件模拟了不同楔形进风口倾斜角度和添加扰流板下电池组的温度。研究了进风口倾斜角度、扰流板倾角度与位置对电池组散热性能的影响以及温度分布。结果表明,随着进风口倾斜角增加,电池组的相对较高温度降低,电池各部分温差也降低,温度分布区间明显缩短,且转向低温。添加扰流板后,电池的相对较高温度明显降低,温差在2.0~3.4℃。扰流板设置一定位置后,电池温度点绝大多数集中于27.1~28.1℃,其次为26.1~27.0℃,最后为28.1~29.0℃。在上述情况下,电池温度分布均匀性得到明显改善。

关键词：锂离子动力电池并联流风冷扰流板温度

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质子交换膜燃料电池挡板结构优化

洁净煤技术 2022年第8期28卷 15-24页

作者：苏丹丹孙峰张志国殷宇捷庞彬董小平河北大学质量技术监督学院河北保定071000 河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心河北保定071000 中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司天津300300

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度,是改善PEMFC输出性能的有效方法。建立PEMFC单直流道几何模型,通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度,是改善PEMFC输出性能的有效方法。建立PEMFC单直流道几何模型,通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传输特性的影响。结果表明,在流道内添加挡板,可明显提高流道内反应气体流速并促进反应气体由流道向扩散层的质量传输;增大对称和非对称梯形挡板的前、后倾角,可有效增大挡板下方O质量分数,提高气体扩散层中反应气体通量,强化反应气体质量传输;与对称梯形挡板相比,前倾角75°、后倾角60°或前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板强化反应气体质量传输的效果更佳;PEMFC扩散层与催化层中的O摩尔分数随挡板数量增加而显著提高,且在挡板对应区域出现反应气体浓度波峰;PEMFC输出性能随流道内挡板数量增加而提升。流道内添加11个前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板时PEMFC峰值功率密度为0.435 W/cm^(2),比无挡板时提高6.6%。此外,工作电压U=0.1 V时,无挡板流道的电流密度为1.57 A/cm^(2),挡板数量为11时,电流密度为1.80 A/cm^(2),提升约14.6%,研究结果为后续PEMFC流场优化提供了理论和技术借鉴。

关键词：质子交换膜燃料电池流道挡板电流密度功率密度