质子交换膜燃料电池温度和电流分布同步测定 被引量：7

1

作者 曹涛锋 林鸿 陶文铨 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期174-178,共5页

发展了一种新的质子交换膜燃料电池(PEMFC)局部特性测试方法,该方法实现了在不改变PEMFC膜电极和电池结构的情况下对PEMFC电流密度和局部温度分布的同步测量。对一种PEMFC在自然冷却状态下,阳极流场板背面温度分布以及阴极电流密度分布... 发展了一种新的质子交换膜燃料电池(PEMFC)局部特性测试方法,该方法实现了在不改变PEMFC膜电极和电池结构的情况下对PEMFC电流密度和局部温度分布的同步测量。对一种PEMFC在自然冷却状态下,阳极流场板背面温度分布以及阴极电流密度分布进行了实验测定。实验结果表明,阳极流场板背面最大温差小于1℃;电流密度分布主要受电极内液态水分布影响;同时,水蒸气冷凝放热导致电池局部温度升高是造成电池温度分布不均的主要因素。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 电流密度分布 局部温度分布 自然冷却

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不同摆角超声速分离线喷管烧蚀数值研究

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作者 廖栩锋 田维平 +1 位作者 王健儒 曹涛锋 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期152-160,共9页

建立了适用于超声速分离线喷管的三维烧蚀仿真方法,与试验结果对比验证了其有效性,对不同摆角的喷管烧蚀状况进行了数值仿真。结果表明,由于喷管型面改变,分离线附近烧蚀率出现骤升骤降的复杂变化。分离线前侧壁面大部分位置烧蚀率受摆... 建立了适用于超声速分离线喷管的三维烧蚀仿真方法,与试验结果对比验证了其有效性,对不同摆角的喷管烧蚀状况进行了数值仿真。结果表明,由于喷管型面改变,分离线附近烧蚀率出现骤升骤降的复杂变化。分离线前侧壁面大部分位置烧蚀率受摆角影响较小,仅下侧点位置附近由于燃气流动受阻烧蚀率随摆角增大而增大,当摆角为5°时,为喷管整体烧蚀最严重区域,烧蚀率为79.4μm/s。分离线后侧壁面烧蚀率受摆角影响较大,且整体高于前侧。在分离线下游上侧边界线,烧蚀率会快速出现一个峰值,且出现位置随摆角增大后移,从0°的59.7 mm后移至5°的65.3 mm处。摆角为5°时,由于下侧激波切割了流场,导致了上侧边界线x=130 mm燃气流动出现分离现象,烧蚀率在此处回升到5.8μm/s。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 超声速分离线喷管 烧蚀 摆动角度 流动特性

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超音速分离线喷管大摆角状态下化学烧蚀动态仿真

3

作者 廖栩锋 田维平 +1 位作者 王健儒 曹涛锋 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期164-172,共9页

针对超音速分离线喷管大摆角状态下化学烧蚀导致的壁面退移,基于动网格技术建立了相应的动态仿真模型,实现了对不同燃烧室条件下喷管化学烧蚀率的预示。初步稳态计算得到喉部烧蚀率为0.048 6 mm/s,高出试验结果5.67%,验证了仿真设置的... 针对超音速分离线喷管大摆角状态下化学烧蚀导致的壁面退移,基于动网格技术建立了相应的动态仿真模型,实现了对不同燃烧室条件下喷管化学烧蚀率的预示。初步稳态计算得到喉部烧蚀率为0.048 6 mm/s,高出试验结果5.67%,验证了仿真设置的合理性。以此状态结果为瞬态计算的初场,进行相应的化学烧蚀动态仿真计算。该喷管的矢量角放大系数在0.5 s仿真时间内因壁面退移减小了0.42%,对称面下侧分离线结构附近因燃气流动受阻成为喷管烧蚀最严重的位置,烧蚀率为0.074 5 mm/s。增大燃烧室压强或温度,会导致同周向位置的分离线后侧与前侧壁面烧蚀率比值减小。对于分离线附近型面变化较小处,压强5.5 MPa增加到7.5 MPa,该比值减小了10%,温度3200 K增加到3600 K减小了15%。 展开更多

关键词 超音速分离线喷管 化学烧蚀 动网格 数值仿真

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固体火箭发动机内部燃烧产物辐射特性预示方法及分布规律

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作者 郝雪帆 李伟 +1 位作者 曹涛锋 张虎 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期60-69,共10页

介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法... 介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法建立了其辐射特性精细计算方法,结合数据插值方法和普朗克平均吸收系数总体模型构建了固体火箭发动机燃烧产物辐射特性快速预示方法。计算得到了HIPPO喷管内部燃烧产物辐射特性参数的一维分布特性,研究了燃烧温度、压强及推进剂铝含量对喷管内燃烧产物辐射特性的影响规律。结果表明:在燃烧室和喷管喉部之间颗粒对燃烧产物吸收系数的贡献占主导地位,而燃气的贡献可忽略;在喷管扩张段,燃气对吸收系数的贡献逐渐显著;在喷管出口处,燃气对吸收系数的贡献不可忽略;燃烧室温度和推进剂铝含量的升高、燃烧室压强的降低均会导致燃气对辐射传热贡献比例的减小。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 燃烧产物 熔融颗粒 燃气 辐射特性 预示方法

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一种质子交换膜燃料电池电位分布的测试方法

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作者 樊进宣 卫星 +2 位作者 曹涛锋 陈黎 陶文铨 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期799-802,共4页

采用PC B技术对质子交换膜燃料电池阴极扩散层与集流板之间的电流密度分布及电位分布进行了实验研究,研究了不同电池工作电压下的电流密度分布和电位分布,结果表明,电位分布并不是均匀分布,而是有一定的分布特点。另外,电流密度的分布... 采用PC B技术对质子交换膜燃料电池阴极扩散层与集流板之间的电流密度分布及电位分布进行了实验研究,研究了不同电池工作电压下的电流密度分布和电位分布,结果表明,电位分布并不是均匀分布,而是有一定的分布特点。另外,电流密度的分布与电位分布并不具有一致性,这说明在质子交换膜燃料电池的研究中,电位分布的研究也可能成为一种判断电池性能好坏的标准,并有可能与电池极化曲线、电流密度分布一起成为确定电池工作状况的标准。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 PCB技术 电流密度分布 电位分布

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高温下平纹编织碳/酚醛复合材料等效热导率的理论预测及分析

6

作者 王一帆 王秋雨 +3 位作者 曹涛锋 陈晨 陈磊 陶文铨 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期667-674,共8页

高温下平纹编织碳/酚醛复合材料的热学性能研究是一个难点。根据材料的微观结构演变及热解机理,将三相周期性立方消融模型与现有的两相复合材料模型相结合,构建了平纹编织碳/酚醛复合材料热导率的理论预测模型。综合考虑酚醛基体孔隙率... 高温下平纹编织碳/酚醛复合材料的热学性能研究是一个难点。根据材料的微观结构演变及热解机理,将三相周期性立方消融模型与现有的两相复合材料模型相结合,构建了平纹编织碳/酚醛复合材料热导率的理论预测模型。综合考虑酚醛基体孔隙率、增强碳纤维体积分数以及温度等因素,研究了酚醛和碳纤维材料、基于微观特征体积单元的碳纱线以及基于介观特征体积单元的平纹编织碳/酚醛复合材料在高温下热导率的动态响应,并对材料热导率的各向异性进行了分析。随着纱线含量的增加,碳/酚醛复合材料在平行织面和垂直织面上的热导率都会增加,并且平行织面方向的热导率比垂直织面方向大4~10倍。所建模型可以用于预测高温下酚醛材料及碳纤维材料、碳纱线和平纹织物复合材料的等效热导率。 展开更多

关键词 平纹编织 碳/酚醛复合材料 高温热导率

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基于Simulink的延伸喷管燃气展开过程联合仿真 被引量：1

7

作者 陈鹏 宋学宇 +1 位作者 曹涛锋 尤军峰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期830-836,共7页

为进一步优化作动筒式双级延伸喷管的设计参数,需要对延伸喷管展开的全过程进行更加细致的分析与仿真。针对作动筒式双级延伸喷管采用燃气发生器展开的工况,通过在Matlab/Simulink中构建燃气发生器内药柱燃烧与作动筒内燃气的膨胀做功模... 为进一步优化作动筒式双级延伸喷管的设计参数,需要对延伸喷管展开的全过程进行更加细致的分析与仿真。针对作动筒式双级延伸喷管采用燃气发生器展开的工况,通过在Matlab/Simulink中构建燃气发生器内药柱燃烧与作动筒内燃气的膨胀做功模型,结合Ansys动力学仿真模块,对延伸喷管从燃气发生器点火开始到延伸喷管展开到位的全过程进行联合仿真。将仿真结果与试验数据对比,证明了模型可以较为准确地预测出工作过程中作动筒内压强的峰值、展开到位时压强值以及燃烧完毕时作动筒残压值,最大误差约10%。仿真结果表明,建立的燃烧-传递-做功-展开的模型合理可靠,可较为准确地预估出燃气发生器药量变化对延伸喷管展开动力学参数的影响,具有较强的工程应用价值。 展开更多

关键词 延伸喷管 燃气发生器 作动筒 动力学仿真 联合仿真

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固体火箭发动机内部热环境测量技术现状 被引量：2

8

作者 郝雪帆 曹涛锋 张虎 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期313-327,共15页

热防护系统的设计水平对固体火箭发动机的性能有着重要影响,准确获得发动机内部热环境参数是对其热防护系统进行精细化设计的前提。为全面了解国内外固体火箭发动机内部热环境实验测量现状及相关测量技术,从固体火箭发动机内壁面温度、... 热防护系统的设计水平对固体火箭发动机的性能有着重要影响,准确获得发动机内部热环境参数是对其热防护系统进行精细化设计的前提。为全面了解国内外固体火箭发动机内部热环境实验测量现状及相关测量技术,从固体火箭发动机内壁面温度、总热流和辐射热流测量三个方面对国内外相关研究进行了调研,总结了各类测量方法的原理、特点及应用现状,并对这些方法用于固体火箭发动机内部热环境测量进行了评述和展望。该文可为开展固体发动机热环境原位动态测试提供方案选型依据,进而支撑热防护系统的精细化设计和内部热环境精细仿真预示方法的发展。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 内部热环境 实验测量 精细化设计 热防护系统

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接触热阻对燃料电池温度分布影响的数值模拟 被引量：8

9

作者 曹涛锋 母玉同 +2 位作者 丁靖 何雅玲 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期2661-2665,共5页

本文采用三维、非等温、以及考虑各向异性扩散层性质的燃料电池模型分析了气体扩散层和流场板肋板之间的接触热阻对电池温度分布和性能的影响。计算结果表明,接触热阻对电池最高温度及温度分布均有很大影响。电池输出电压为0.3 V时,有... 本文采用三维、非等温、以及考虑各向异性扩散层性质的燃料电池模型分析了气体扩散层和流场板肋板之间的接触热阻对电池温度分布和性能的影响。计算结果表明,接触热阻对电池最高温度及温度分布均有很大影响。电池输出电压为0.3 V时,有接触热阻工况电池最大温度高于无接触热阻工况约8.5 K。此外,有接触热阻计算工况扩散层内温度变化平缓,而无接触热阻计算工况扩散层内温度变化较快。因此,对于燃料电池温度分布的准确预测,不能忽略接触热阻的影响。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 数值模拟 温度分布 接触热阻

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质子交换膜燃料电池动态响应性能实验研究 被引量：6

10

作者 曹涛锋 丁靖 +2 位作者 母玉同 何雅玲 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期835-839,共5页

本文实验研究了质子交换膜燃料电池负载变化时的动态性能,分析了氧气计量比流量和流场板结构的影响。结果表明,在本文的操作条件下,燃料电池动态响应能力的控制因素为质子交换膜水含量及液态水传递过程。随着氧气计量比流量的增加,电池... 本文实验研究了质子交换膜燃料电池负载变化时的动态性能,分析了氧气计量比流量和流场板结构的影响。结果表明,在本文的操作条件下,燃料电池动态响应能力的控制因素为质子交换膜水含量及液态水传递过程。随着氧气计量比流量的增加,电池性能及动态响应能力提高。采用不同流场板结构时,在输出电流较小的运行区间,平行流场板电池性能较好,随着平行流道数目减少,电池性能逐渐变差。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 动态性能 流场板设计

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PEMFC气体扩散层内各向异性传递过程数值模拟 被引量：1

11

作者 曹涛锋 林鸿 +1 位作者 何雅玲 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1051-1055,共5页

质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异性传递系数对PEMFC整体和局部性能的影响。在本文计算条件下,GDL各向异性和均匀模型模拟得到的电池极化曲线几乎完全相同,但电池电流密度分布和温度分布等局部特性存在很大差异。该结果进一步证明了不能单独用极化曲线来验证电池数学模型的正确性。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 数值模拟 气体扩散层 各向异性 传递过程

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质子交换膜燃料电池性能优化实验研究 被引量：4

12

作者 丁靖 曹涛锋 +2 位作者 林鸿 母玉同 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1826-1830,共5页

质子交换膜燃料电池是-种能量转换装置,具有效率高、噪音低、无污染等优点。本文使用正交实验法和方差分析法研究了流场板结构、运行温度、阴阳极相对湿度和阴阳极流量对电池性能的影响,并对电池性能进行了优化.性能指标采用最大功率和... 质子交换膜燃料电池是-种能量转换装置,具有效率高、噪音低、无污染等优点。本文使用正交实验法和方差分析法研究了流场板结构、运行温度、阴阳极相对湿度和阴阳极流量对电池性能的影响,并对电池性能进行了优化.性能指标采用最大功率和最高效率。研究结果表明,流场板结构和运行温度对最大功率有显著影响,流场板结构和阳极流量对最高效率有显著影响。对所研究的电池下列组合可得最优性能:蛇形流场板-运行温度70℃阴极相对湿度0%-阳极相对湿度100%-阴极流量0.263 SLPM-阳极流量0.525 SLPM。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 正交实验 方差分析

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气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响 被引量：2

13

作者 陈黎 林鸿 +1 位作者 曹涛锋 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1735-1738,共4页

研究了质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)中气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响;考虑了三种微观结构:碳纤维交叉分布,碳纤维平行于流动方向分布以及碳纤维垂直于流动方向分布。模... 研究了质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)中气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响;考虑了三种微观结构:碳纤维交叉分布,碳纤维平行于流动方向分布以及碳纤维垂直于流动方向分布。模拟结果表明碳纤维平行于流动方向分布有利于液滴的排出。研究了空气进口速度以及气体扩散层润湿特性对液滴脱落时间的影响。进口速度越大,气体扩散层接触角越大,液滴脱落时间越短,脱落直径小。 展开更多

关键词 气体通道 气体扩散层 表面微观结构 液态水 脱落时间 脱落直径

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PEMFC阳极间歇排氢电化学反应过程的MRTBoltzmann研究 被引量：1

14

作者 母玉同 陈黎 +2 位作者 曹涛锋 张虎 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1414-1418,共5页

本文基于单相等温模型,以间歇排气PEMFC阳极部分为研究对象,采用多松弛Boltzmann方法从孔隙尺度对间歇排气PEMFC内阳极中的流动、传质、电化学反应等电池局部特性进行模拟,并研究了操作温度、压力等对阳极局部特性分布的影响。结果表明... 本文基于单相等温模型,以间歇排气PEMFC阳极部分为研究对象,采用多松弛Boltzmann方法从孔隙尺度对间歇排气PEMFC内阳极中的流动、传质、电化学反应等电池局部特性进行模拟,并研究了操作温度、压力等对阳极局部特性分布的影响。结果表明,多松弛Boltzmann方法可以很好地预测PEMFC阳极流体流动情况,间歇排氢有助于提升电池的性能,电池操作温度及压力对间歇排氢的电池性能有一定的影响。 展开更多

关键词 多松弛Boltzmann 间歇排气 PEMFC 阳极

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高温多组分混合气体热导率理论预测

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作者 缐磊 曹涛锋 +1 位作者 陈磊 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2460-2465,共6页

准确获取高温燃气的热学性质是开展火箭发动机喷管数值仿真的基础。由于采用实验方法获取高温下气体热导率极其困难,基于理论计算手段预测高温下气体热导率成为更好的选择。本研究中,使用考虑高温电子激发态的Istomin修正计算了H_(2)、C... 准确获取高温燃气的热学性质是开展火箭发动机喷管数值仿真的基础。由于采用实验方法获取高温下气体热导率极其困难,基于理论计算手段预测高温下气体热导率成为更好的选择。本研究中,使用考虑高温电子激发态的Istomin修正计算了H_(2)、CO以及N_(2)气体在300~4000 K温度范围内的热导率。结合Wassiljewa方程构建了高温下多组分混合气体导热性质理论预测模型,预测了两种燃烧气体在300~4000 K温度范围的混合气体热导率,为喷管精细化仿真提供燃气热学性质参考数据。 展开更多

关键词 燃烧气体 高温 热导率 火箭发动机

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