探测膜/溶液体系内部信息的介电谱方法——以模型和解析为中心

就“介电谱方法研究膜体系的有效性“这一问题进行了展开性的阐述:扼要地介绍了以等效回路为基础的膜-液体系基本介电模型和包含电性质分布区域的多层膜介电模型,并以纳滤膜体系为例简要论证了以该模型和介电理论为基础的介电谱解析方法对原位获取内部信息的有效性.最后,对介电谱解析方法在膜领域的研究前景作了展望性的评述.     

车用质子交换膜燃料电池交变温度条件下的膜电极受力分析*

为了研究车用质子交换膜燃料电池实际工作过程中膜电极所受温度应力及其对膜电极物理耐久性的影响,首先通过整车动力系统模型仿真研究了外负载变化条件下蓄电池容量对电堆输出功率波动的影响,利用燃料电池热力学模型仿真得到电堆功率波动条件下燃料电池工作温度的波动情况,并导入有限元仿真模型,分析膜电极内部温度应力变化情况。由仿真结果可知,膜上微裂纹端部在温度作用下会出现集中应力,且裂纹在膜电极中的延展是逐渐加速的过程。在环境箱中对膜电极样件进行了温度循环加载试验,验证了温度应力仿真所得结论的正确性。     

机场水泥混凝土道面水膜厚度试验研究

针对雨天飞机在有水膜覆盖的水泥混凝土道面上滑跑时,易发生滑水现象引发交通事故的问题,利用人工降雨模拟试验,获得了水泥混凝土道面在3种不同降雨强度、5种不同排水长度及5种不同坡度变化下的水膜厚度试验数据。采用极差分析法,得到了水膜厚度影响因素的主次顺序。利用Minitab软件对试验数据进行回归分析,建立了水泥混凝土道面水膜厚度计算模型,并使用模型得到了不同平面尺寸道面在达到NASA试验水膜厚度时对应的降雨强度值。结果表明,在影响水膜厚度的3个因素中,排水长度起主要作用,降雨强度次之,道面坡度作用最小;3个影响因素均与水膜厚度显著相关,其中路表水膜厚度随道面排水长度的增大而明显增大,随降雨强度的增大而增大,随道面坡度的增大先迅速减小,然后减小趋势变缓;在2.90 mm/min的降雨强度下,60 m宽双面坡水泥混凝土机场跑道边缘水膜厚度达到4.09 mm,200 m宽度的飞机停机坪边缘达到NASA试验水膜厚度7.62 mm;以咸阳机场二期工程为例,绘制了在降雨强度1.954 mm/min下,指廊间停机坪的水膜厚度等值线图,其中机坪中部左右两端位置的水膜厚度预测值超过12 mm,与2.03 mm/min实际降雨强度下,停机坪该位置实测结果 13.8 mm及14.6 mm相吻合,说明计算模型可靠度高,可用于指导工程实践。     

车身内腔电泳膜厚的精确计算及工艺孔的影响研究

针对车身内腔电泳膜厚不足导致生锈,而传统试错方法耗费大量成本、电泳工艺开孔缺乏科学依据等问题,提出了一种能实现车身电泳工艺孔正向设计的新方法——基于电泳仿真的区域分析法。首先基于法拉第电沉积理论,获取电泳过程中的电场、流场信息,搭建电泳电化学仿真环境,建立电泳过程数学模型;构建电泳基础试验模型及其仿真模型,通过试验和仿真结果对比以及参数迭代修正,反求得到对涂料沉积量影响较大的基本沉积参数数值;基于工程上对车身电泳关键区域的划分,确定大梁局部区域典型3层钣金结构为研究对象,构建了大梁局部区域简化结构的电泳电化学全耦合仿真模型,并验证了该模型的准确性。在此基础上,以工艺孔形状、大小为变量,以电化学分析为手段进行研究发现:开孔形状对电泳膜厚几乎无影响,而开孔面积对电泳膜厚有较大影响,分析得到膜厚衰变的数值规律,导出了大梁区域内腔电泳膜厚的安全系数。通过对加强板上双孔叠加效果的分析,进一步推导出该区域孔间距设计的安全系数。最后将量化的研究结果应用于某车大梁区域的结构更改,成功解决了该区域内腔生锈问题。     

车用燃料电池发动机模型搭建及仿真研究

利用AMESim搭建质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机单电池和电堆瞬态仿真模型,同时利用某80 kW质子交换膜燃料电池电堆试验数据验证了该仿真模型的正确性,为燃料电池的仿真及预测分析提供了一种新的工具.通过此模型研究了燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度等对电堆性能的影响,同时也预测了阳极侧杂质气体含量对电堆性能的影响.     

果胶超滤纯化过程传质模型和动力学分析

研究了果胶提取液超滤膜分离处理过程传质特征,建立了渗透通量、膜面浓度与压差的传质模型,并对膜阻力和浓差极化阻力进行了定量描述;同时对超滤过程的动力学进行了分析.     

天津港南疆含油废水处理系统MBR反应池的优化设计

介绍了基于Yusuf Chisti-Murray Moo Young模型的含油废水MBR反应池的设计,研究了曝气量及反应器结构对膜间平均错流流速的影响,并据此选定MBR曝气量及反应器下降流过水断面积分别为200 m3/h和3.9 m2,获得的膜间平均错流流速为1.25m/s.工程实践表明,膜组件的操作负压稳定在0.02MPa以下,远低于化学清洗时的操作负压控制标准0.05 MPa,解决了中空纤维膜应用于含油污水处理中膜污染严重的技术瓶颈.     

曲轴轴承系统动力学和摩擦学行为耦合分析

以多柔体动力学理论为基础,建立了某4缸柴油机曲轴—轴承系统考虑主轴承摩擦学特性的ADAMS动力学仿真模型,求解得到曲轴动力学响应和主轴承反力。在此基础上采用有限差分法进行主轴承润滑分析,得到各个主轴承最大油膜压力和最小油膜厚度的动态变化规律。计算结果表明,曲轴各个主轴颈的径向振动响应,各主轴承反力、最大油膜压力和最小油膜厚度具有结构对称性。     

车用质子交换膜燃料电池性能仿真与试验研究

总结了燃料电池极化曲线的半经验公式,利用某80kW质子交换膜燃料电池试验数据来拟合公式中的相关系数,同时利用Matlab/Simulink软件建立了质子交换膜燃料电池堆的仿真模型,为燃料电池发动机系统的仿真和分析提供了一个重要工具。通过此模型可以研究燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度、当量比等对电堆性能的影响,从而有助于研究整个燃料电池发动机系统的性能。     

新型耐高温分离膜用高分子材料

膜材料是膜分离技术的核心,分离膜的耐热性主要取决于膜材料的热稳定性。介绍了一类新型耐高温的制膜材料——含二氮杂萘结构聚醚砜酮及其改性聚合物,以及其制备气体分离膜、超滤膜、非对称纳滤膜和复合纳滤膜的应用。     

浸没式中空纤维膜组件的优化和设计

综述了浸没式中空纤维膜反应器在组件设计和优化方面研究进展,包括优化函数和传质模型的建立,纤维尺寸、松弛度、填充密度、排布方式的选择、膜组件外形和曝气管路的优化设计等方面理论和试验的最新成果.在此基础上,对建立完善的膜组件优化设计体系提出今后的研究重点和方向.     

非溶剂添加剂对聚芳醚砜酮复合膜气体渗透性能的影响

以含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮(PPESK)为制膜材料,以硅橡胶为涂层材料,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用干/湿相转化法,选用多种非溶剂添加剂(NSA),制备了中空纤维富氧膜.考察了非溶剂添加剂对纺丝液体系热力学性质及最终膜性能的影响;研究了不同非溶剂添加剂在延长蒸发距离时对膜性能的影响.为了考察膜的耐热性,将膜的测试温度控制在70℃.结果表明,非溶剂添加剂种类对纺丝液体系的热力学相平衡性质和膜性能的影响显著;随非溶剂添加剂含量的增加,膜的气体渗透率增大,氧/氮选择性降低;增大蒸发距离,非挥发性添加剂与挥发性添加剂对膜性能产生相反的影响.该膜耐热性能良好,在70℃下仍具有较好的选择性.     

盾构静-动态泥浆渗滤成膜及支护效率控制方法

近年来，泥水盾构在越江跨海隧道中被广泛应用，隧道开挖面“泥浆-土水”相互平衡作用是工程安全的关键。盾构泥浆能否成膜、动态掘进泥膜是否存在、动态泥膜如何发挥支护作用等问题受到广泛关注，理清这些问题是保障开挖面稳定的基础。对此，基于多相流理论提出了泥浆“渗滤-成膜-生长”瞬态力学模型，探明了泥浆的流体特性和地层的水力传导性质的时空变化规律，揭示了盾构停机静态成膜和掘进动态成膜机制，并通过静、动态成膜2个实例计算验证了理论方法的适用性。研究结果表明：盾构静态停机状态下通常为全断面泥膜，泥浆以面力形式进行支护，盾构掘进时表现为动态局部泥膜，泥浆压力可较长距离前向传递，以渗透力的形式发挥作用；盾构掘进时开挖面泥膜分布为多辐扇形的局部泥膜，可分为泥膜渐变区和无泥膜区，无泥膜区域靠近先行刀臂，随着刀盘转速的增加，泥膜的厚度和泥膜面积逐渐减小；实际工程中，可以从泥浆材料和掘进参数两方面提升泥浆的支护作用，一方面根据地层-泥浆粒径比和泥浆黏度双控指标进行泥浆配置，另一方面宜降低盾构刀盘转速，同时适当增加掘进速度，充分发挥局部泥膜的支护作用，提高泥浆的支护效率和开挖面的稳定性。研究成果对泥水盾构施工安全有一定的指导意义。     

基于人工神经网络的挡板式直流道质子交换膜燃料电池性能优化

首先建立了三维、稳态、恒温的挡板式直流道挡板式质子交换膜燃料电池（PEMFC）单体模型,深入分析了挡板高度、宽度、位置（用与流道出口的距离表示）对PEMFC性能的影响。然后基于仿真数据,建立人工神经网络模型,分别以挡板高度、宽度、位置为输入,以0.7 V时的电流密度为输出。经过训练,模型的测试精度达到了理想的94.812%。最后对13 671组数据集进行预测以选出最佳的性能方案,并通过仿真与实验进行进一步最优方案的验证。结果表明：在挡板高度、宽度、位置分别为1 mm、0.35 mm、3 mm时,PEMFC的电化学性能最优。     

车用质子交换膜燃料电池水分布分析

对车用质子交换膜燃料电池进行水管理能够提高电池的性能,对于氢燃料电池车的推广具有重要意义。了解质子交换膜燃料电池中水浓度分布的规律是对电池进行水管理的基础,文章对电池工作温度及放电电压对水浓度分布的影响进行了探究,首先依托COMSOL Multiphysics搭建直流道质子交换膜燃料电池单体模型;其次分别改变单体电池模型的工作温度以及放电电压,对模型进行仿真计算,得到不同电池工作温度及放电电压下电池中水分布的规律。结果表明,随着温度的升高,质子交换膜表面的含水量下降;放电电压升高时,质子交换膜表面的水含量大幅下降。在实际应用中,应在适宜范围内尽量提高电池的工作温度,综合考虑电池性能问题,采用较低的工作电压,这有利于保持电池内部的水平衡。     

基于神经网络的膜法薏苡仁油脱胶过程动态模拟和预测

应用BP神经网络对膜法薏苡仁油脱胶过程的膜通量动态模拟与预测.研究了神经网络的构建、训练、结果测试和模型泛化,并用得到的神经网络对不同运行条件下(操作压力和温度)膜通量进行预测.结果表明:神经网络能够很好地模拟膜法脱胶过程的通量变化,预测结果与实验实测结果能够很好的吻合.与传统模型法相比,神经网络能快速简便地得到模拟和预测膜分离过程.     

基于模型预测控制的水冷型燃料电池冷却系统研究

针对传统温度控制方法在水冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷却系统中应用时出现温度波动较大、调控时间长、能耗高等问题,以某款氢燃料电池冷却系统为研究对象,利用一维软件搭建氢燃料电池冷却系统计算模型,并对标台架试验,验证了计算模型的可靠性。在此基础上,设计开发模型预测控制器,经计算分析可得,相比于原有PID控制器,采用模型预测控制(MPC)策略的PEMFC温控能力更强,温度波动明显得到改善,同时降低了氢燃料电池冷却系统的能量消耗。     

PEMFC汽车模型仿真分析与电压控制方法研究

以质子交换膜燃料电池（PEMFC）汽车为研究对象，搭建PEMFC半经验半机理模型，得到了输出电压、功率和效率与电流密度之间的定性关系，为PEMFC汽车输出电压控制策略提供了合理的仿真平台。基于PEMFC电堆的动态电压模型，设计了一套适用于PEMFC汽车输出电压控制的模糊PID控制策略，能在负载电流突变时保证PEMFC输出电压快速准确地稳定在期望值。     

发动机液压悬置异响的正向设计方法研究

文章通过发动机液压悬置内部结构的高精度CAE模型,获得悬置受冲击时刻解耦膜的拍击力特性,进而通过分析异响和非异响悬置拍击力特性与试验异响的关联,确定了以拍击力判断异响的设计指标值、建立了液压悬置异响的正向设计方法。基于此方法的优化设计方案经试验验证异响较小,证明此方法准确可靠。     

圆环旋转黏性射流破碎过程及表面波的研究北大核心

以大涡模拟方法为基础,建立了圆环旋转黏性射流的仿真模型,对圆环旋转黏性射流的破碎过程及表面波结构进行了研究。结果表明:气液两相速度分布的不同会导致液膜出现空洞,空洞长大融合后会使液膜破碎为分裂液丝;长径比在3~15的分裂液丝占总数的83.2%;在惯性力的主导作用下,分裂液丝会发生颈缩现象,破碎成多个分裂液滴;在气相扰动和湍流脉动的共同作用下,在圆环旋转黏性射流的液膜表面会形成表面波;当轴向速度在100~150m/s范围内增大时,轴向表面波波长增长率明显增加;随着周向速度的增大,圆环旋转黏性射流周向表面波波长的增长速率会逐渐增大。