检索结果-内蒙古大学图书馆

应用化工 2023年第1期52卷 205-209页

作者：林伟森雷励斌刘建平广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

围绕SOFCs多孔电极一维气体传输模型的研究进展进行综述。介绍了多孔电极气体传输的机制、一维气体传输模型的发展、SOFCs的相关建模研究。讨论了体系中气体组分间的通量比关系和尘气模型的几种计算方法,以及对SOFCs阳极浓差极化预测结... 详细信息

围绕SOFCs多孔电极一维气体传输模型的研究进展进行综述。介绍了多孔电极气体传输的机制、一维气体传输模型的发展、SOFCs的相关建模研究。讨论了体系中气体组分间的通量比关系和尘气模型的几种计算方法,以及对SOFCs阳极浓差极化预测结果的影响。对多孔电极气体传输模型的发展前景进行了展望。

关键词：固体氧化物燃料电池多孔电极气体传输模型尘气模型

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基于SIMPLEC算法的高温热管启动特性数值模拟

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原子能科学技术 2017年第11期51卷 1974-1981页

作者：葛攀和郭键孙晓博胡古柯国土中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413

为研究高温液态金属热管的瞬态特性,开发了高温热管瞬态分析程序,程序可模拟高温液态金属热管自凝固状态启动过程中涉及到的复杂的相变、蒸气流动及气液交界面的传质传热特性。热管管壁与吸液芯区域采用纯导热模型,考虑了吸液芯内部工... 详细信息

为研究高温液态金属热管的瞬态特性,开发了高温热管瞬态分析程序,程序可模拟高温液态金属热管自凝固状态启动过程中涉及到的复杂的相变、蒸气流动及气液交界面的传质传热特性。热管管壁与吸液芯区域采用纯导热模型,考虑了吸液芯内部工质的熔化和凝固以及气液界面的蒸发和冷凝。蒸气模型采用一维的尘气模型(DGM),该模型可精确描述热管启动过程中不同阶段的蒸气的运动特性。热管启动过程中蒸气为高度可压缩,因此蒸气速度与压力的求解采用可压缩流动的SIMPLEC算法进行计算。最后程序模拟了钠热管的启动过程,并与试验数据进行了比较。结果表明,程序模拟结果与试验数据符合较好。

关键词：高温热管启动特性尘气模型 SIMPLEC算法

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页岩气藏运移机制及数值模拟

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中国石油大学学报（自然科学版） 2013年第1期37卷 91-98页

作者：姚军孙海樊冬艳黄朝琴孙致学张国浩中国石油大学石油工程学院山东青岛266580

基于双重连续介质,采用尘气模型(DGM)建立基岩和裂缝运动方程,基岩中考虑气体在基岩孔隙中黏性流、Knudsen扩散、分子扩散以及气体在基岩孔隙表面的吸附解吸,吸附采用Langmuir等温吸附方程;裂缝中考虑黏性流、Knudesen扩散和分子扩散机... 详细信息

基于双重连续介质,采用尘气模型(DGM)建立基岩和裂缝运动方程,基岩中考虑气体在基岩孔隙中黏性流、Knudsen扩散、分子扩散以及气体在基岩孔隙表面的吸附解吸,吸附采用Langmuir等温吸附方程;裂缝中考虑黏性流、Knudesen扩散和分子扩散机制,在此基础上建立基岩-裂缝双重介质数值模型并采用有限元方法对模型进行求解。根据数值模拟结果对影响页岩气藏产能的因素进行分析。结果表明:页岩气产出气是游离气和吸附气解吸共同采出的结果,在给定的页岩气藏条件下,游离气影响更大,吸附对页岩气产能有较大影响,忽略吸附会导致预测产能偏低;Knudsen扩散(或Klinkenberg效应)对基岩视渗透率影响较大,越靠近生产井,Knudsen扩散和Klinkenberg效应的影响越大,基岩视渗透率随生产时间延长变大;裂缝渗透率越大,页岩气产量越大,基岩渗透率对页岩气产能影响不大。

关键词：油藏页岩气双重介质尘气模型吸附有限元法运移机制数值模拟

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模拟单颗粒催化剂上多组份反应扩散过程的通用软件的开发

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化学反应工程与工艺 1989年第2期5卷 87-97页

作者：赖海明李成岳北京化工学院化学工程系

本文在尘气传递模型的基础上,开发了在微机上实现的模拟单粒催化剂多组份多反应体系反应扩散过程的通用软件。它可用于横拟速率方程为任意形式的,扩散系数随温度、浓度变化的,不同形状颗粒、粒外有或无扩散效应时等温或非等温的反应扩... 详细信息

本文在尘气传递模型的基础上,开发了在微机上实现的模拟单粒催化剂多组份多反应体系反应扩散过程的通用软件。它可用于横拟速率方程为任意形式的,扩散系数随温度、浓度变化的,不同形状颗粒、粒外有或无扩散效应时等温或非等温的反应扩散过程。本软件具有管理功能强、模型精度高、算法先进以及适用性广等特点,并配有彩色图形输出,是辅助催化剂设计和分析反应器性能的有效工具。

关键词：催化剂尘气模型通用软件

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页岩气储层微尺度流动模型研究及应用

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重庆科技学院学报（自然科学版） 2015年第5期17卷 31-33,67页

作者：马平华李博李青燕山大学石油工程系河北秦皇岛066004 大港油田采油工艺研究院天津300280

利用尘气模型对页岩气储层纳米级孔喉中的努森扩散和气体分子扩散的扩散系数进行校正。通过尘气模型对二元气体的Knudsen扩散和气体分子扩散进行耦合模拟,表征气体的组分状态变化,获得储层岩心渗透率估值。通过持续测量气体组分的变化... 详细信息

利用尘气模型对页岩气储层纳米级孔喉中的努森扩散和气体分子扩散的扩散系数进行校正。通过尘气模型对二元气体的Knudsen扩散和气体分子扩散进行耦合模拟,表征气体的组分状态变化,获得储层岩心渗透率估值。通过持续测量气体组分的变化确定其有效流动边界,为页岩气的生产诊断、建模和储量估算提供理论依据和数据支持。

关键词：页岩气储层纳米级孔喉尘气模型扩散系数

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固体氧化物燃料电池和磁控溅射阴极的理论分析与优化设计

固体氧化物燃料电池和磁控溅射阴极的理论分析与优化设计

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作者：孔为中国科学技术大学

学位级别：博士

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高温燃料电池，在军事、电力及运输上具有广阔的应用前景，是当前国际新能源技术发展的一大热点。SOFC工作过程中涉及的物理过程、化学过程和电化学过程并非互不相干而是强烈相互耦合的。通过实验方法研... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高温燃料电池，在军事、电力及运输上具有广阔的应用前景，是当前国际新能源技术发展的一大热点。SOFC工作过程中涉及的物理过程、化学过程和电化学过程并非互不相干而是强烈相互耦合的。通过实验方法研究不同过程间的相互作用是一种非常昂贵且耗时的方式。相对而言，一方面数值模拟方法不仅成本低而且高效，另一方面数值模拟不仅有助于研究者加深对SOFC工作过程中的各种现象理解，而且非常容易的分析各种参数对SOFC性能的影响，进而发现潜在问题，进行有针对性的优化设计。随着计算机和商业软件的发展，数值模拟方法变的越来越强大、越来越准确。因此在SOFC商业化的道路上，数值模拟方法扮演越来越重要的角色。本博士学位论文围绕利用数值模拟方法优化设计SOFC和磁控溅射阴极展开。本博士学位论文共分六章，下面简单介绍各章的主要内容。第一章首先介绍了燃料电池的研究背景和其发展历史，然后详细介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理、能斯特（Nernst）电势、活化极化、欧姆极化、浓差极化、效率、各种构型和SOFC的数值模型的理论基础。最后对SOFC的数值模拟工作进行了大致的文献概述及磁控溅射技术在SOFC方面的应用。第二章首先分析了多孔介质中的三种输运机制：分子扩散、Knudsen扩散和粘滞流针，对比了四种质量输运模型：Fick’s model (FM)、Advective-diffusivemodel (ADM)、Stefan–Maxwell model (SMM)和Dusty gas model (DGM常翻译为尘气模型),对于描述SOFC电极中的气体扩散，尘气模型是最准确的模型。然而尘气模型中各种物质流量相互耦合在一起无法给出显式表达式，并且尘气模型很难求解。因此基于合理的近似，而且这个近似对二组分气体是严格成立，尘气模型被改写为具有菲克定律形式，具有菲克定律形式的尘气模型定义为DGMFM。对于多组分气体混合物，DGMFM可以给出每种物质的流量显示解析表达式。为了验证DGMFM的准确性，我们分别基于DGMFM和DGM建立了两个SOFC阳极的质量输运模型，模型同时还考虑了甲烷重整反应和一氧化碳的水位移反应。接下来系统的分析了各种参数对DGMFM准确性的影响例如孔的半径、孔隙率、曲率因子等。全面的分析表明在SOFC各种实际的工作条件下，DGMFM和DGM预测的结果符合的很好。第三章针对阳极支撑的具有复合电极的SOFC，建立了一个二维的全面的数学模型。此模型不仅考虑了微结构参数和电极与连接体集流脊架（rib）间的接触电阻，而且耦合了复杂的相互依靠的离子导电过程、电子导电过程、气体输运过程、功能层中的电化学反应和电极与电解质交界面处的电化学反应。然后基于此模型对比了单电池和电池堆中的气体浓度分布和电势分布，发现电池堆性能远不如单电池的一个主要原因是连接体几何结构引起的极化损失。接下来我们分别详细的分析了各种情况下阳极rib尺寸和阴极rib尺寸对电池性能的影响，发现在各种实际的SOFC工作条件下阳极rib尺寸和阴极rib尺寸对电池性能的影响不可忽略。最后给出了一个简单的阳极rib宽度和阴极rib宽度优化公式。第四章首先分析了SOFC不同区域所涉及的物理方程，然后基于平板式SOFC建立了一个三维多尺度具有复合电极的阳极支撑的SOFC数学模型，此模型耦合了离子导电方程、电子导电方程、气体输运方程、能量输运方程和电化学反应过程。利用此模型分析了一些关键物理量的分布和接触电阻对SOFC性能的影响。通过优化阴极电流收集层的厚度、阴极电流收集层和阳极支撑层的平均导电子颗粒半径，平均电流密度从3679A/m2增加到4000A/m2。最后分析了阴极功能层(CFL)的离子电导率对SOFC性能的影响，发现CFL的离子电导率也是一个关键的参数。第五章首先简单介绍了磁控溅射的原理和模拟方法，然后对我们的模拟方法进行了验证。验证结果证明了我们模拟方法的正确性。通过对比不同磁铁磁化方向的设计，发现只需要改变磁铁的磁化方向就可以轻而易举的把水平磁场的分布形状由凸形改变成凹形。因此不需要在靶材和磁铁间加入屏蔽条。接下来我们详细分析了不同磁铁磁化方向的设计中导磁板和底板的作用，发现对于中心磁铁和外边界磁铁至少有一个磁化方向沿水平方向的设计，导磁板打开了中心磁铁或边界磁铁的自闭合回路，增强了中心磁铁和边界磁铁间的磁回路，提高靶表面的水平磁场。然后分析了导磁板相对磁导率和高度对磁场的影响。最后比较了我们设计的磁控溅射阴极的靶材利用率和Sierra公司的靶材利用率。第六章对本博士论文的研究内容进行了总结。

关键词：固体氧化物燃料电池磁控溅射多物理场尘气模型连接板阴极优化设计

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超微孔Al2O3膜的制备与性能研究

超微孔Al2O3膜的制备与性能研究

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作者：李洪伟北京化工大学

学位级别：硕士

无机陶瓷膜以其优异的化学稳定性和热稳定性，自八十年代初期在法国奶业和饮料业成功推广应用后，成为近十多年来新型膜分离领域研究和开发中的一个重要方向。本课题以研制微孔不对称陶瓷膜为目的，重点研究了固态粒子烧结法制备硅... 详细信息

无机陶瓷膜以其优异的化学稳定性和热稳定性，自八十年代初期在法国奶业和饮料业成功推广应用后，成为近十多年来新型膜分离领域研究和开发中的一个重要方向。本课题以研制微孔不对称陶瓷膜为目的，重点研究了固态粒子烧结法制备硅藻土基质膜、溶胶—凝胶（Sol-Gel）法制备Al2O3不对称膜的工艺过程以及膜的结构、表征方法和气体在其中的渗透特性，为陶瓷膜的应用打下了基础。研究了原料粒径、添加剂种类、含量等对硅藻土浆料的稳定性和注浆成型法制备的基质膜管初坯成型性的影响，获得了使浆料具有适宜粘度、流动性、稳定性的配方，制得了膜厚均匀、脱模性好、强度适宜的初坯；在一定的干燥方式和烧结条件下，利用硅藻土的多孔性，制得了孔隙率在45％左右，平均孔径为0.12～0.42μm的硅藻土基质膜管。以在超重机中用NaAlO2和CO2反应生成的薄姆石沉淀为原料，采用溶胶—凝胶法制得了不对称Al2O3膜。研究了胶溶剂种类、含量等对涂膜透明溶胶的影响，制得了粘度适宜、涂膜性能良好的溶胶。通过溶胶性质、干燥方式、涂层方式、烧结条件对膜性能影响的研究，发现使用添加剂PVA及多次浸涂—干燥—烧结的方法，可制得平均孔径为几个纳米、孔隙率为40％的无裂纹Al2O3膜。研究了微孔陶瓷膜主要参数的测试方法。用煮沸法测定了膜管的孔隙率；利用液体驱除法原理建立了一套装置，测定了基质膜的孔径和孔径分布；用滤速法测定了不对称Al2O3膜的平均孔径。通过实验测定了不同气体在不同膜管中的渗透通量。用气体渗透模型对氮气渗透结果进行拟合，得出膜管参数，然后对氧气、二氧化碳的渗透结果进行验证，发现对于氧气其理论值与实测值能较好的吻合，但对于二氧化碳气体，可能由于表面扩散的原因，其理论值与实测值有较大的偏差。

关键词：硅藻土基质膜固态粒子烧结法溶胶-凝胶法 Al2O3不对称膜滤速法尘气模型

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超临界流体在多孔膜中的渗透

超临界流体在多孔膜中的渗透

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作者：刘丽丽天津大学

学位级别：硕士

超临界流体与膜的耦合过程作为一种新型的反应与分离技术,近年来发展迅速,在绿色化学加工过程中的应用前景广阔。超临界流体在膜中的渗透机理与模型计算具有十分重要的工业价值,它不仅能够帮助分析耦合过程中各分离参数的影响因素,而且... 详细信息

超临界流体与膜的耦合过程作为一种新型的反应与分离技术,近年来发展迅速,在绿色化学加工过程中的应用前景广阔。超临界流体在膜中的渗透机理与模型计算具有十分重要的工业价值,它不仅能够帮助分析耦合过程中各分离参数的影响因素,而且能够指导膜制备过程,使耦合过程从第一步实现最优化。超临界流体的渗透机理研究很不成熟,基础理论研究方面几乎是空白。本文的研究目的就是要从介孔膜开始,系统地研究超临界流体在多孔介质中的渗透传质机理,这项工作具有重要的理论与实际意义。本文研究了三种气体 CO2、He、N2在超临界状态下通过多孔陶瓷膜的渗透。首先以二项尘气模型为基础,考虑到粘性流表达式中粘度的贡献及近超临界区流体粘度的奇异性变化,提出了模型的修正方法和新的模型表达式。 He 的渗透实验结果表明,由渗透曲线计算的膜平均孔径和压汞实验得到的平均孔径非常吻合(误差≤5%),说明超临界 He 在多孔膜中的渗透可以用二项尘气模型表示。通过 He 的渗透数据可以获得膜的结构参数,从而为计算其它流体在膜中的渗透通量提供了依据。通过与实验结果对比发现,超临界 N2 以及中低压下 CO2 在膜中的渗透也可以用二项尘气模型描述,误差较小。在近临界和超临界区域,CO2的渗透曲线明显变化偏离二项尘气模型,而采用本文建立的模型方程可以更好地描述实验结果,对于深入分析超临界流体在多孔膜中的渗透传质机理、把握关键影响因素有重要意义。

关键词：超临界流体渗透尘气模型扩散氧化铝陶瓷膜

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质子导体固体氧化物可逆电池多孔电极中的气体扩散研究

质子导体固体氧化物可逆电池多孔电极中的气体扩散研究

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作者：林伟森广东工业大学

学位级别：硕士

质子导体固体氧化物可逆电池（reversible solid oxide cells based on proton conducting electrolyte,H-RSOC）是一类具备燃料电池和电解池两种工作模式可用来进行电能的贮存、转化与再利用的新型高效能源转化设备。H-RSOC在工作过程... 详细信息

质子导体固体氧化物可逆电池（reversible solid oxide cells based on proton conducting electrolyte,H-RSOC）是一类具备燃料电池和电解池两种工作模式可用来进行电能的贮存、转化与再利用的新型高效能源转化设备。H-RSOC在工作过程中多孔电极内产生了气体输运现象,然而由于存在的扩散阻力,导致电极中的气体分布不均匀,产生浓差极化,降低电池的工作性能。因此,正确描述电极中气体扩散情况并降低浓差极化,对于改善H-RSOC性能有着很重要的意义。尘气模型（dust-gas model,DGM）被认为是众多气体传输模型中预测气体扩散输运现象最为准确的模型之一,但其在多元组分体系中建模的复杂性以及难以取得解析表达式,不利于其在建模和商业软件方面的应用。本文提出了以H-RSOC为研究对象,基于DGM质量输运模型,忽略粘度项作用,建立二元和三元体系的解析解计算方法;并通过与数值解方法比较,探究解析计算方法的准确性和适用条件。本论文主要的内容如下:第一章首先介绍了燃料电池的研究背景和H-RSOC的工作原理;接着详细介绍了电极中的气体扩散、国内外有关气体传输模型的研究现状以及尘气模型的计算方法;最后对本文的研究动机与目的及章节安排进行简述。第二章基于尘气模型,构建二元体系气体传输模型:对于数值法求解,通过迭代求和的方法消掉麦克斯韦扩散项得到压力梯度和浓度梯度表达式,再通过四阶龙格库塔算法计算得到压力和气体浓度的数值解。对于解析法求解,在忽略粘度项的作用下,采用求解一阶微分方程的方法推导出了压力和气体浓度的表达式,从而直接得到解析解。在第三章首先在H-RSOC在典型工况下,分别采用上述数值法和解析法计算H-RSOC燃料电极中（H2—N2混合气）的气体分布和压力分布,并进行对比。接着以数值解法为基准,研究了工作环境如电流密度、工作温度等条件和电极结构如电极厚度、孔隙半径等因素对二元体系DGM的解析解法计算准确性的影响。结果表明:工作环境和电极结构会改变体系中气体粘度、扩散系数和气体传输通道的大小,从而影响粘度项对解析解法准确性的影响,解析解法的相对误差范围为0—30%。第四章在上述的研究基础上,开展构建三元体系气体传输模型的工作:三元体系DGM数值法的求解与二元体系的相类似,同样用数值迭代方法和龙格库塔法进行求解。与二元体系的不同,气体浓度表达式需要利用矩阵解耦的方法求解一阶常系数非齐次微分方程组,进而得到解析解。在第五章中,首先采用上述三元体系的解析解法和数值解法分别对典型工况下的H-RSOC空气电极中（O2—H2O—N2混合气）气体和压力分布情况进行预测,并进行比较验证。再接着系统地考察了三元体系DGM的解析解法在不同的工作环境和电极结构下的准确性和适用性。结果表明:除了在高电流密度、高弯曲度和大电极厚度下,三元体系DGM的解析解法计算准确性都比较高,相对误差范围为-7.0%—0.6%。

关键词：质子导体固体氧化物可逆电池多孔电极气体扩散浓差极化尘气模型

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