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科学通报 2022年第19期67卷 2212-2225页

作者：赵路甜程晓静罗柳轩郑志峰沈水云章俊良上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

Pt基催化剂是氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)最有效的催化剂,然而有限的Pt资源和高Pt载量严重制约了质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的规模化应用.开发同时具有低Pt含量、高活性的ORR催化... 详细信息

Pt基催化剂是氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)最有效的催化剂,然而有限的Pt资源和高Pt载量严重制约了质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的规模化应用.开发同时具有低Pt含量、高活性的ORR催化剂是推动PEMFCs大规模商业化的有效途径.本文从纯Pt催化ORR的机理出发,对当前研究中具有优异性能的均匀Pt合金催化剂和核-壳结构Pt基催化剂的ORR催化机理进行了阐述,并概述了其研究进展、研究策略和制备方法.尽管目前的研究致力于对Pt基纳米颗粒的形貌、粒径、元素组成和晶面等进行精确设计和调控,并在实验室层面实现了活性和耐久性的显著提升,但是现有常用制备方法存在的问题使得其商业化生产无法取得突破进展.最后对Pt基催化剂的规模化制备提出了见解,并对其前景进行了展望.

关键词：低铂高性能氧还原反应质子交换膜燃料电池规模化制备策略

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基于MOFs材料的非贵金属氧还原电催化剂研究进展

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中国科学：技术科学 2022年第3期52卷 375-388页

作者：任子文谭泽昊向思磊陈士渠沈水云章俊良上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因具有清洁、高效、安静、功率密度高、工作温度低、启动和功率匹配快等优点在新能源汽车领域备受青睐.由于PEMFCs阴极使用高载量的铂(Pt)基催化剂,其成本一直居高不下,大大阻碍了燃料电池汽车商业化进程.开... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因具有清洁、高效、安静、功率密度高、工作温度低、启动和功率匹配快等优点在新能源汽车领域备受青睐.由于PEMFCs阴极使用高载量的铂(Pt)基催化剂,其成本一直居高不下,大大阻碍了燃料电池汽车商业化进程.开发替代的高活性、高稳定性非贵金属催化剂被认为是终极解决方案.在众多类型的非贵金属催化剂中,碳-氮-过渡金属系列非贵金属催化剂表现出的ORR活性和寿命尤其值得关注.基于金属有机框架材料(MOFs)的非贵金属ORR电催化剂具有优异的性能而被广泛研究.本文通过介绍MOFs材料的特点与优势,综述了近年来国内外基于MOFs材料的碳-氮-过渡金属ORR电催化剂研究现状,主要包括Fe基MOFs催化剂、Co基MOFs催化剂、双金属MOFs催化剂等,并针对研究中遇到的瓶颈与挑战进行分析与展望,指出未来需要面向膜电极的活性、稳定性等进行深入研究.

关键词：燃料电池催化剂氧化金属有机框架化合物质子交换膜

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耦合粒子图像测速误差的连续伴随数据同化技术

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航空学报 2022年第5期43卷 231-242页

作者：邓志文何创新刘应征上海交通大学机械与动力工程学院动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 上海交通大学燃气轮机研究院上海200240

提出了一种耦合粒子图像测速(PIV)实验误差的连续伴随数据同化算法,通过优化目标损失函数,增强算法在不同误差场景下的鲁棒性。为了验证该算法的有效性,先对已知PIV流场植入合成误差进行同化对比测试,继而对PIV互相关算法不同参数设置... 详细信息

提出了一种耦合粒子图像测速(PIV)实验误差的连续伴随数据同化算法,通过优化目标损失函数,增强算法在不同误差场景下的鲁棒性。为了验证该算法的有效性,先对已知PIV流场植入合成误差进行同化对比测试,继而对PIV互相关算法不同参数设置所获得的流场进行同化研究。结果表明:相比于原连续伴随数据同化,耦合PIV实验误差的同化算法能够对实验观测数据去伪存真,抗误差干扰能力明显提升,鲁棒性更强,能够对高误差场景下的流动数据进行更好地同化,准确地预测流场的真实分布规律,还原流场细节。

关键词： PIV 数据同化连续伴随算法 PIV实验误差平板绕流

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表面氢化的CrMn二元金属氧化物耦合GaN纳米线光催化乙醇脱水制乙烯

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科学通报 2025年第12期70卷 1673-1677页

作者：周宝文王舟舟上海交通大学机械与动力工程学院新能源动力研究所可再生合成燃料研究中心动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 华中师范大学物理科学与技术学院纳米科技研究所武汉430079

乙烯(C2H4)是石油化工最重要的原料之一,广泛地用于生产高分子材料和化工产品[1].迄今为止,乙烯主要以石脑油和液化石油气为原料,通过热裂解的方法大规模生产.传统的乙烯生产路线存在原料不可再生、反应条件苛刻、能耗大、碳排放严重等... 详细信息

乙烯(C2H4)是石油化工最重要的原料之一,广泛地用于生产高分子材料和化工产品[1].迄今为止,乙烯主要以石脑油和液化石油气为原料,通过热裂解的方法大规模生产.传统的乙烯生产路线存在原料不可再生、反应条件苛刻、能耗大、碳排放严重等缺点.乙醇具有和乙烯类似的分子架构,可以通过发酵利用甘蔗、淀粉甚至木质纤维素等可再生的生物质资源大规模生产,全球年产量超过1000亿升[2,3].

关键词： CrMn二元金属氧化物表面氢化 GaN纳米线

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碳中和背景下含氢综合能源系统碳排放和经济性分析

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热能动力工程 2023年第4期38卷 111-120页

作者：胡道明李蛟杜晓东王玉璋上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 动力机械及工程教育部重点实验室上海200240 上海船舶设备研究所上海200031

为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统(Integrated energy system, IES)中氢气来源方式对系统运行特性的影响,针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系... 详细信息

为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统(Integrated energy system, IES)中氢气来源方式对系统运行特性的影响,针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系统,考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和碳中和目标约束,以系统日运行成本最低为目标函数建立数学模型,以仿真园区综合能源系统为计算案例,分析了系统供能网络供应不同来源氢气和分布式可再生能源制氢方式对系统运行经济性和碳排放量的影响。研究表明:以可再生能源制备的氢气为燃料时综合能源系统的运行成本最高,但CO_(2)排放量最低;在碳中和前提下,将当地分布式可再生能源发电量中的98%用于供电、2%用于制氢比全制氢时该系统运行成本减少26.1%、碳排放量降低19.7%,比全供电时该系统碳排放量减少5%、运行成本增加2.85%;在碳中和前提下,当可再生能源制氢效率提升10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至5%;当碳捕集设备能耗减少10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至23%。

关键词：综合能源系统碳中和可再生能源制氢碳捕集技术经济性分析

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平面液膜破碎及雾化过程的试验研究

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推进技术 2022年第11期43卷 267-275页

作者：芦翔靳朝阳葛冰臧述升上海交通大学机械与动力工程学院动力机械及工程教育部重点实验室上海200240 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200010

为考察液膜破碎及雾化特性,通过高速相机、平面激光诱导荧光(PLIF)和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对平面液膜的失稳、破碎及雾化全过程进行了试验研究。结果表明,平面液膜在预膜板上的液膜形态与气液速度比(λ)直接相关。随着气液速度比... 详细信息

为考察液膜破碎及雾化特性,通过高速相机、平面激光诱导荧光(PLIF)和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对平面液膜的失稳、破碎及雾化全过程进行了试验研究。结果表明,平面液膜在预膜板上的液膜形态与气液速度比(λ)直接相关。随着气液速度比增大,平面液膜分别会呈现平滑表面(λ≤23)、波动表面(23<λ<70)和液膜剥离(λ≥70)三种形态。此外,平面液膜破碎过程中会形成叶瓣状、波纹状、孔状和韧带状的液带,液带形状主要取决于气流和液体速度。液膜破碎过程的破碎距离和横向不稳定波长与韦伯数、动量比以及液相雷诺数有关,液膜破碎后的雾化粒径随着气流速度的增大而减小,与液膜破碎过程的破碎距离和横向不稳定波长呈线性关系。

关键词：平面液膜破碎过程可视化研究液膜形态雾化粒径

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航空发动机离心式喷嘴宏观喷雾特性

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推进技术 2021年第2期42卷 362-371页

作者：刘祺夏津黄忠钱勇具德浩上海交通大学机械与动力工程学院动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

为探究航空发动机离心式喷嘴的喷雾宏观特性,通过将该喷嘴在高温高压定容弹中进行喷雾过程的实验,并结合阴影法与纹影法进行光学测量。首先以水作为射流工质,观察不同喷射压力下水进入大气环境中的雾化角变化,发现喷嘴结构对雾化角有着... 详细信息

为探究航空发动机离心式喷嘴的喷雾宏观特性,通过将该喷嘴在高温高压定容弹中进行喷雾过程的实验,并结合阴影法与纹影法进行光学测量。首先以水作为射流工质,观察不同喷射压力下水进入大气环境中的雾化角变化,发现喷嘴结构对雾化角有着重要影响,最大雾化角与喷嘴出口的导流结构夹角相等。其次以正癸烷作为工质,通过不同环境压力和温度下的多组实验测量其它喷雾宏观特性如液膜破碎长度,结果表明在背压大于1.75MPa的工况下,该离心式喷嘴无法形成清晰稳定的锥形喷雾结构,此外还揭示了高背压加强了气动力而高环境温度减小了表面张力和粘性力,两者都起着促进雾化的作用。

关键词：离心式喷嘴液膜破碎长度雾化角阴影法纹影法

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车用燃料电池电堆关键技术研究现状

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汽车安全与节能学报 2022年第1期13卷 1-28页

作者：章俊良程明罗夏爽李慧媛罗柳轩程晓静闫晓晖沈水云上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

“双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)引发了众多关注。膜电极(MEA)和双极板(BPP)是PEMFC电堆的两大核心部件,决定... 详细信息

“双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)引发了众多关注。膜电极(MEA)和双极板(BPP)是PEMFC电堆的两大核心部件,决定了电堆的性能和成本。水热管理和低温启动技术对于电堆性能的实现和实际应用的推广也起到了至关重要的作用。本文全面深入地阐述了车用PEMFC膜电极、双极板、水热管理、低温启动等技术对电堆性能、寿命和成本的影响规律,进一步指出各项技术的发展趋势。除此之外,车用燃料电池的商业化应用短期将围绕公共交通以及重型商用车等大型车辆开展,而乘用车对电堆的功率密度和成本提出了更高的要求。

关键词：质子交换膜燃料电池(PEMFC) 膜电极(MEA) 双极板(BPP) 水热管理低温启动技术电堆性能电堆成本功率密度

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高负荷下喷油策略对PODEn-汽油燃烧性能的影响

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机械科学与技术 2023年

作者：王伟男张光德钱大伟武汉科技大学汽车与交通工程学院上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室

为更好优化PODE-汽油双燃料燃烧特性，通过改变其汽油直喷比例和汽油直喷时刻，在利用软件进行数值模拟，研究结果表明：在大负荷工况下，汽油缸内直喷比例在10%到30%时，缸压峰值高于单一气道喷射，且燃烧性能指标都有所提升。当直喷... 详细信息

为更好优化PODE-汽油双燃料燃烧特性，通过改变其汽油直喷比例和汽油直喷时刻，在利用软件进行数值模拟，研究结果表明：在大负荷工况下，汽油缸内直喷比例在10%到30%时，缸压峰值高于单一气道喷射，且燃烧性能指标都有所提升。当直喷比例高于30%后，缸压峰值降低，燃烧性能指标降低;汽油相对晚喷情况下（-40到-70°），随着喷射时刻的提前，燃烧始点推迟，缸压峰值降低，放热率峰值降，汽油相对早喷情况下（-80到-110°），随着喷射时刻的提前，燃烧均呈现双峰状态，汽油缸内混合气分层更明显，狭隙区域形成较浓汽油混合气，使燃烧区域更广，有助于降低HC和CO的排放。

关键词：数值模拟喷射策略直喷时刻燃烧特性

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蜂窝内冷通道布局对叶片冷却效率的影响研究

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热能动力工程 2022年第12期37卷 96-103页

作者：刘亚非陶皓杰迟重然上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海200240

为提高涡轮叶片耐温能力,将蜂窝冷却通道应用于涡轮叶片内部,通过流热耦合计算研究蜂窝冷却通道叶片的传热流动特性。对蜂窝冷却通道的参数化方法进行研究,将蜂窝通道拆分成两种基本结构单元,即可方便调整蜂窝通道的几何参数;使用增材... 详细信息

为提高涡轮叶片耐温能力,将蜂窝冷却通道应用于涡轮叶片内部,通过流热耦合计算研究蜂窝冷却通道叶片的传热流动特性。对蜂窝冷却通道的参数化方法进行研究,将蜂窝通道拆分成两种基本结构单元,即可方便调整蜂窝通道的几何参数;使用增材制造的叶片进行实验,通过对比数值计算与实验的冷却效率,验证了数值方法的准确性;在冷却二次流占比1%条件下,在原型蜂窝通道的基础上进行蜂窝通道空间布局和直径分布的调整,利用冷却效率、压降及相对阻力系数衡量不同通道的流动传热特性。研究表明:蜂窝通道由于增大换热面积以及增加分叉点强化换热,冷却效率提高到0.525,压降升高至229.1 kPa;通过调整蜂窝几何参数可以优化蜂窝通道的传热与阻力特性,通过增加蜂窝通道层数、增大次通道直径可以提高冷却效率,通过增加蜂窝通道入口数、增大主通道直径可以减小压降。

关键词：蜂窝通道流热耦合布局调整

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