2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、1965年,質(zhì)子交換膜燃料電池作為空間項(xiàng)目主電源首次應(yīng)用于美國(guó)國(guó)家航空航天局的雙子星載人飛船并登入太空。上世紀(jì)90年代起,質(zhì)子交換膜燃料電池由于取得了技術(shù)上的突破,逐漸取代了堿性燃料電池在空間領(lǐng)域的應(yīng)用。質(zhì)子交換膜燃料電池由于其具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率高,零排放,運(yùn)行溫度低和燃料可再生等優(yōu)點(diǎn),有希望成為新一代的空間任務(wù)主電源。 質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)在工程應(yīng)用上的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是液態(tài)水管理。目前,所有關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部液態(tài)水

2、動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)電池性能影響的研究都是在地面常重力環(huán)境下進(jìn)行。關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池在微重力環(huán)境中的運(yùn)行特性未見(jiàn)公開(kāi)發(fā)表物報(bào)道。微重力環(huán)境下氣/液兩相流呈現(xiàn)出與地面常重力環(huán)境迥然不同的特性,受氣/液兩相流動(dòng)態(tài)特性的影響,微重力環(huán)境中的氫質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行特性將與地面常重力環(huán)境不同。因此,研究氫質(zhì)子交換膜燃料電池在微重力環(huán)境下的運(yùn)行特性及其內(nèi)部的流體管理則顯得尤為重要。 首先,本文建立了氫質(zhì)子交換膜燃料電池流場(chǎng)內(nèi)液態(tài)水傳遞的基

3、本理論體系,采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究方法研究了氫質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)液態(tài)水傳遞及兩相流動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。 其次,本文設(shè)計(jì)了新型緊湊式透明氫質(zhì)子交換膜燃料電池,采用透明電池直接可視化方法,研究了具有單蛇形通道流場(chǎng)方位的氫質(zhì)子交換膜燃料電池在短時(shí)微重力環(huán)境中的運(yùn)行特性。全部微重力實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室完成,該實(shí)驗(yàn)室的落塔微重力實(shí)驗(yàn)設(shè)施為本文實(shí)驗(yàn)提供了3.6秒的短時(shí)微重力實(shí)驗(yàn)環(huán)境。 最后,本文建立了燃料電池流道內(nèi)

4、氣/液兩相區(qū)環(huán)形膜狀凝結(jié)數(shù)學(xué)模型,選用MATLAB軟件編程進(jìn)行數(shù)值求解,得到了描述氫質(zhì)子交換膜燃料電池流道內(nèi)凝結(jié)段兩相流體動(dòng)力學(xué)特性參量的數(shù)值結(jié)果。 本文主要工作和取得的主要成果包括: 1.對(duì)常重力環(huán)境下采用直接可視化方法研究氫質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)兩相流體動(dòng)力學(xué)特性的公開(kāi)發(fā)表物進(jìn)行了全面回顧。 2.理論分析與實(shí)驗(yàn)研究氫質(zhì)子交換膜燃料電池陰極側(cè)液態(tài)水流體動(dòng)力學(xué)特性。建立氫質(zhì)子交換膜燃料電池流場(chǎng)內(nèi)液態(tài)水傳遞的基本理論

5、體系,計(jì)算并預(yù)測(cè)液態(tài)水開(kāi)始凝結(jié)的臨界曲線,得到了由運(yùn)行參數(shù)劃分的單相區(qū)與兩相區(qū)。實(shí)驗(yàn)研究氧氣流量,運(yùn)行溫度,龜池角度對(duì)氫質(zhì)子交換膜燃料電池流場(chǎng)內(nèi)兩相流特性和電池性能的影響。 3.設(shè)計(jì)并建立用于落塔短時(shí)微重力氫質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電氣與控制系統(tǒng)與落艙電氣與控制系統(tǒng)對(duì)接。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括:物料供應(yīng),物料排放與回收系統(tǒng),電池溫度測(cè)控系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可視化拍攝系統(tǒng)。設(shè)計(jì)制作了發(fā)光二極管直流驅(qū)動(dòng)電路照明系統(tǒng)。設(shè)計(jì)

6、建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的主,控電路系統(tǒng)。 4.改進(jìn)設(shè)計(jì)并加工了緊湊式輕型透明氫質(zhì)子交換膜燃料電池。高性能穩(wěn)定運(yùn)行的透明燃料電池能夠真實(shí)反應(yīng)氫質(zhì)子交換膜燃料電池的實(shí)際運(yùn)行特性。校核計(jì)算了螺栓,螺紋強(qiáng)度以及螺桿在沖擊載荷下抗剪切能力。 5.研究了豎直角度放置的流道方位內(nèi),重力因素變化對(duì)不同運(yùn)行工況下流場(chǎng)內(nèi)兩相流體動(dòng)力學(xué)特性以及電池的伏安輸出特性的影響。結(jié)果表明,電池外電路電阻為0.01Ω時(shí),電池產(chǎn)水量較多。進(jìn)入微重力環(huán)境后強(qiáng)化豎

7、直流道上升段排水,消除流道淹沒(méi),電池性能得到提升。電池外電路電阻為0.03Ω時(shí),電池產(chǎn)水量較少。進(jìn)入微重力環(huán)境后,重力消失促進(jìn)了液態(tài)水在豎直流道上升段的移動(dòng)。但重力因素對(duì)液態(tài)水的動(dòng)態(tài)特性及電池性能變化影響不一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明,重力因素變化越大,電池內(nèi)的流動(dòng)特性和電池輸出特性變化越明顯。 6.研究了豎直角度放置的流道方位內(nèi),重力因素變化對(duì)不同運(yùn)行工況下流場(chǎng)內(nèi)兩相流體動(dòng)力學(xué)特性以及電池的伏安輸出特性的影響。結(jié)果表明,水平角度放置

8、的流道內(nèi)液態(tài)水量較少,液態(tài)水主要以液滴形式存在。微重力環(huán)境下,液滴脫落直徑將增大。在水平方位的流道內(nèi),短時(shí)微重力持續(xù)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的液態(tài)水滯留在流道空間內(nèi),降低電池性能。落艙入網(wǎng)瞬間形成15g左右的沖擊加速度造成的超重作用,改變了氫質(zhì)子的遷移方向,使電池電勢(shì)暫時(shí)升高,電流降低。 7.建立了燃料電池流道內(nèi)氣/液兩相流動(dòng)區(qū)環(huán)形膜狀凝結(jié)數(shù)學(xué)模型,選用MATLAB軟件編程進(jìn)行數(shù)值求解,得到描述氫質(zhì)子交換膜燃料電池流道內(nèi)凝結(jié)段兩相流體動(dòng)力學(xué)特

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