检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：邓秘密重庆理工大学

学位级别：硕士

氢燃料电池技术是目前一种具有巨大潜力的新能源技术之一,由于其独特优势而备受人们广泛关注。其中,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有低工作温度、功率密度高、启动速度快、低噪声、零空气污染等优点... 详细信息

氢燃料电池技术是目前一种具有巨大潜力的新能源技术之一,由于其独特优势而备受人们广泛关注。其中,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有低工作温度、功率密度高、启动速度快、低噪声、零空气污染等优点,是现有的几种燃料电池类型中最适合应用在交通运输领域的燃料电池。近年来,与PEMFC电堆相关的研究取得了进一步发展,然而解决PEMFC电堆在实际应用过程中受到外界各种不可避免的机械振动载荷所引起的问题仍然具有挑战性。有研究表明,机械振动载荷可能导致电堆内部结构变化或损坏,从而引起电堆可靠性和输出性能下降。因此,为了有效地减轻或避免电堆在使用过程中受机械振动载荷引起的性能衰减,需要厘清机械振动载荷对电堆输出性能变化的影响机制。本文以某型金属双极板PEMFC电堆模型为研究对象,探究机械振动载荷下PEMFC电堆多物理场耦合建模方法,以此来研究机械振动载荷下电堆力学响应以及引起的电堆内部电物理性能变化规律。首先,本文根据PEMFC电堆基本结构及工作原理,阐述与PEMFC相关的基本数学模型,同时建立某型金属双极板PEMFC电堆有限元模型。较为详细地阐述了PEMFC电堆在运行工作时涉及重要的电化学反应和物理变化相关基本数学模型,包括质量、动量、能量、组分和电荷等主要守恒方程以及电化学理论模型。通过上述的数学理论模型,可以表征出PEMFC内部系统的电化学以及电物理变化过程。同时,运用有限元建模方法建立了三维金属双极板PEMFC电堆精细化有限元模型,以此来支撑后续研究工作。然后,为验证上述所建立的PEMFC电堆有限元模型建模方法的有效性,搭建3层单电池短堆压缩试验来验证有限元建模方法有效性。利用压敏薄膜纸提取短堆压缩试验中不同层间单电池内部GDL的表面接触压力分布,将该试验结果与3层单电池短堆有限元模型仿真结果进行对比验证,从而验证了该力学有限元模型建模方法的有效性。基于有效性验证结果,进一步建立了5层单电池PEMFC电堆有限元模型,从而来探究机械振动载荷下电堆的力学响应。以螺栓预紧力下模态分析结果为基础,利用模态叠加法进行不同方向的机械振动响应仿真计算。以各层单电池内关键组件的相对位移为分析指标,系统分析了受不同方向的外界机械振动对电堆内部组件力学响应的影响。最后,先建立单流道PEMFC多物理场耦合模型进行极化曲线对标验证,基于验证有效性,再建立PEMFC短堆多物理场耦合模型来开展机械振动下PEMFC电堆多物理场耦合分析。为提高仿真研究效率,建立了单流道PEMFC多物理场耦合模型,并运用极化曲线对标方法,将仿真结果与试验极化曲线数据进行对比验证,从而验证了PEMFC多物理场耦合模型建模方法的合理性和有效性。在此有效性验证基础上,对力学仿真中PEMFC电堆有限元模型进行部分几何重构,建立了PEMFC短堆多物理场耦合模型,进行了在机械振动载荷下PEMFC电堆力学响应结果对电堆内部的电物理性能影响的多物理场耦合分析。基于前一章已有的不同方向机械振动载荷下力学响应结果对比,选取了某一方向振动下各层单电池响应结果作为多物理场耦合模型的载荷边界条件输入,从而来探究PEMFC电堆内部电物理性能变化规律。综上所述,本文建立的金属双极板PEMFC电堆有限元模型能够准确地预测出电堆受到机械振动载荷后的力学响应,建立的PEMFC短堆多物理场耦合模型是探究机械振动载荷下电堆内部电物理性能变化规律的有效工具;探讨了机械振动对电堆内部关键组件力学响应结果以及引起的电堆内部电物理性能变化规律:电堆内部不同层单电池膜电极区域受机械振动引起的相对位移大小有明显差异;电堆内部膜电极区域力学响应结果对电堆内部电物理性能变化有明显影响。

关键词：质子交换膜燃料电池机械振动有限元法多物理场耦合建模方法

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生产调度与可靠性耦合的变工况再制造系统维护建模

引用

上海交通大学学报 2024年第8期58卷 1211-1220页

作者：肖常胜周晓军祝米鑫上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对变工况下的多工序再制造系统,提出生产、设备衰退和系统维护之间的耦合建模方法.首先引入考虑设备可靠性的动态生产优先级并据此生成生产调度计划,进而基于变动生产计划建立设备的变工况故障率模型,在此基础上,考虑生产的动态性和... 详细信息

针对变工况下的多工序再制造系统,提出生产、设备衰退和系统维护之间的耦合建模方法.首先引入考虑设备可靠性的动态生产优先级并据此生成生产调度计划,进而基于变动生产计划建立设备的变工况故障率模型,在此基础上,考虑生产的动态性和设备衰退的不确定性,构建基于双生产周期优化的再制造系统动态维护决策模型.算例分析表明,该模型可有效提高系统生产净收益且相对于传统生产和维护决策方法更具优势.

关键词：再制造系统预防维护变工况动态生产优先级耦合建模方法

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