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基于XCT的气体扩散层传输特性孔尺度模拟 被引量:1
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作者 张恒 詹志刚 +2 位作者 陈奔 隋邦杰 潘牧 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期99-105,共7页
为了探究质子交换膜燃料电池气体扩散层中孔隙率对各向异性传输特性的影响,先利用X射线计算机断层扫描(XCT)可视化技术方法对Freudenberg H2315 GDL气体扩散层进行三维微观结构重构,随后利用孔尺度模型分别研究了气体有效扩散率、曲度... 为了探究质子交换膜燃料电池气体扩散层中孔隙率对各向异性传输特性的影响,先利用X射线计算机断层扫描(XCT)可视化技术方法对Freudenberg H2315 GDL气体扩散层进行三维微观结构重构,随后利用孔尺度模型分别研究了气体有效扩散率、曲度、有效电导率、有效热导率与孔隙率的关系,利用格子-玻尔兹曼模型研究液态水渗透率在厚度方向和平面内方向与孔隙率的关系,以及液态水饱和度和毛细压强的关系。结果表明:孔隙率对传输特性有显著的影响,Freudenberg H2315 GDL气体扩散层表现出明显的各向同性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 传输特性 微观重构 气体扩散层 X射线计算机断层扫描 孔尺度模型
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质子交换膜燃料电池气体扩散层制备过程材料表征和孔尺度模拟计算 被引量:1
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作者 杨王凡 尹泽泉 +3 位作者 朱礼军 邵勤思 容忠言 隋邦傑 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期112-121,共10页
为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层的制备方法对其结构和性能的影响,将聚丙烯腈基碳纤维原纸作为前驱体,以酚醛树脂作为粘结剂,采用热压、碳化、石墨化等工艺制成气体扩散层,考察在原纸浸渍的过程中,不同质量分数酚醛树脂乙醇... 为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层的制备方法对其结构和性能的影响,将聚丙烯腈基碳纤维原纸作为前驱体,以酚醛树脂作为粘结剂,采用热压、碳化、石墨化等工艺制成气体扩散层,考察在原纸浸渍的过程中,不同质量分数酚醛树脂乙醇溶液对气体扩散层结构和性能的影响。利用扫描电子显微镜、汞侵入法、四探针法等进行性能表征,并利用X射线断层扫描技术获得气体扩散层的三维结构,通过孔尺度模拟进行性能计算。结果表明,采用实验表征方法和模拟计算方法可以更加准确和清楚地对气体扩散层性能进行表征,在使用15%质量分数酚醛树脂乙醇溶液浸渍原纸时,可以得到与商用气体扩散层相等的78%孔隙率,同时将电阻率降低了30%左右。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 制备表征 孔尺度模型
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高温质子交换膜燃料电池催化层孔尺度模拟 被引量:2
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作者 段康俊 Roswitha ZEIS 隋邦傑 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期34-43,共10页
为了研究磷酸在高温质子交换膜燃料电池催化层中再分布对电极性能的影响,使用聚焦离子束电子扫描显微镜对自制的扩散电极成像,重构得到了三维的催化层几何模型;采用多弛豫时间格子玻尔兹曼模型对磷酸在催化层的迁移行为进行仿真,模拟得... 为了研究磷酸在高温质子交换膜燃料电池催化层中再分布对电极性能的影响,使用聚焦离子束电子扫描显微镜对自制的扩散电极成像,重构得到了三维的催化层几何模型;采用多弛豫时间格子玻尔兹曼模型对磷酸在催化层的迁移行为进行仿真,模拟得到递减型和准均匀型2种不同的磷酸分布形式;采用孔尺度模型求解不同条件下的电极传输性质。结果表明在磷酸含量较低时,准均匀型的磷酸分布具有稍优的电化学活性表面积和稍差的氧气和水蒸气有效扩散系数;在磷酸含量较高时,2种分布的电化学活性表面积相似,但是准均匀型分布具有更好的氧气和水蒸气有效扩散系数。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 催化层 磷酸 格子玻尔兹曼模型 孔尺度模型
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LiCoO2电池正极微结构重构及有效传输系数预测 被引量:4
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作者 吴伟 蒋方明 曾建邦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2361-2370,共10页
采用Monte Carlo方法重构了LiCoO2电池正极的三维微结构,重构单元的特征尺寸为几十纳米量级,从而得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构.通过对重构电极的特征化分析,得到了微结构中特定相的连通性和扭曲率、组... 采用Monte Carlo方法重构了LiCoO2电池正极的三维微结构,重构单元的特征尺寸为几十纳米量级,从而得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构.通过对重构电极的特征化分析,得到了微结构中特定相的连通性和扭曲率、组分体积分数的空间分布、比表面积、孔径分布等特征信息.采用D3Q15格子Boltzmann模型(LBM)计算了该重构电极的有效热导率、电解液(或固相)的有效传输系数.同时发现,与随机行走方法以及Bruggemann关系式计算获得的扭曲率数值相比,LBM预测值更可靠. 展开更多
关键词 锂离子电池孔尺度模型 微结构重建 MONTE CARLO方法 特征化 扭曲率 有效传输系数 格子BOLTZMANN方法 随机行走方法
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LiCoO2电池正极三维微结构的Monte Carlo重构及特征化 被引量:4
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作者 吴伟 蒋方明 +3 位作者 陈治 汪颖 赵丰刚 曾毓群 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1243-1247,共5页
对复合电极介观微结构采用实验以及数值方法进行重构是开发锂离子电池孔尺度模型的基础和前提。本文采用Monte Carlo方法重构了LiCoO2电池正极的三维微结构,重构单元的特征尺寸为纳米量级,从而得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔... 对复合电极介观微结构采用实验以及数值方法进行重构是开发锂离子电池孔尺度模型的基础和前提。本文采用Monte Carlo方法重构了LiCoO2电池正极的三维微结构,重构单元的特征尺寸为纳米量级,从而得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构,随后对重构电极进行了特征化分析,得到了微结构的连通性、比表面积等特征信息,并采用D3Q15 LBM模型计算了重构电极的有效热导率、电解液(或固相)的有效传输系数,电解液或固相的扭曲率。重建电极与实际电极的孔隙率、组分体积分数、相关函数等重要统计特性相一致。LB数值结果说明了有效传输参数与电极微构型的密切相关性。 展开更多
关键词 孔尺度模型 微结构重建 MONTE Carlo 扭曲率 有效物性 格子BOLTZMANN
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气体扩散层各向异性传输特性的孔尺度模拟
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作者 张恒 詹志刚 +2 位作者 陈奔 隋邦杰 潘牧 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2055-2062,共8页
为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)内孔隙率对各向异性传输特性参数的影响,首先,使用数值随机重构的方法对Toray TGP-H气体扩散层进行三维微观结构重构。在重构中考虑到了碳纤维分布的各向异性以及Toray TGP-H气体扩散层... 为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)内孔隙率对各向异性传输特性参数的影响,首先,使用数值随机重构的方法对Toray TGP-H气体扩散层进行三维微观结构重构。在重构中考虑到了碳纤维分布的各向异性以及Toray TGP-H气体扩散层内部所有的相,包括孔、碳纤维、黏合剂和聚四氟乙烯。然后,利用孔尺度模型分别研究了孔隙率与有效扩散率、曲度、有效电导率、有效热导率以及液态水渗透率在厚度方向和平面内方向的关系。结果表明:孔隙率对传输特性有显著的影响,并且Toray TGP-H气体扩散层的传输特性在平面方向和厚度方向存在着十分明显的各向异性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 传输特性 各向异性 孔尺度模型
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三维纳米多孔介质内速度分布规律研究
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作者 殷英 屈治国 汪辉 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1918-1926,共9页
为揭示气体纳米尺度输运特性,本文采用四参数随机重构方法构造了三维不规则纳米多孔介质,借助格子玻尔兹曼方法从孔尺度数值模拟气体在重构纳米多孔结构内的滑移流动过程,分析了气体表观渗透率、滑移程度,以及纳米孔内气体速度概率密度... 为揭示气体纳米尺度输运特性,本文采用四参数随机重构方法构造了三维不规则纳米多孔介质,借助格子玻尔兹曼方法从孔尺度数值模拟气体在重构纳米多孔结构内的滑移流动过程,分析了气体表观渗透率、滑移程度,以及纳米孔内气体速度概率密度分布规律。研究结果表明:纳米多孔介质表观渗透率随等效粒径增大而增大;主流方向气体速度概率密度分布曲线呈指数函数递减规律,递减趋势依赖于等效粒径大小;考虑滑移效应后纳米多孔材料内速度概率密度的分布范围变窄,速度分布的均匀性增强。 展开更多
关键词 纳米多介质 滑移效应 孔尺度模型 速度分布 LBM数值方法
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Evidence of Dual Scale Porous Mechanisms During Fluid Migration in Hardwood Species (Ⅱ) A Dual Scale Computational Model to Describe the Experimental Results
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作者 Patrick PERR 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第6期783-791,共9页
The second part of this paper is devoted to the computational modelling of transient water migration in hardwood. During re-saturation, the moisture content, measured during the process by using X-ray attenuation (see... The second part of this paper is devoted to the computational modelling of transient water migration in hardwood. During re-saturation, the moisture content, measured during the process by using X-ray attenuation (see part 1 of this paper), increases quickly very close to the cavity, but requires a very long time for the remaining part of the sample to absorb the moisture in wetting. For this configuration and this material, the macroscopic approach fails. Consequently, a dual-porosity approach is proposed. The computational domain uses a 2-D axisymmetric configuration for which the axial coordinate represents the macroscopic longitudinal direction of the sample whereas the radial coordinate allows the slow migration from each active vessel towards the fibre zone to be considered. The latter is a microscopic space variable. The moisture content field evolution depicts clearly the dual scale mechanisms:a very fast longitudinal migration in the vessel followed by a slow migration from the vessel towards the fibre zone.The macroscopic moisture content field resulting from this dual scale mechanism is in quite good agreement with the experimental data. 展开更多
关键词 fluid migration DUAL-POROSITY computational model HARDWOOD VESSEL FIBRE
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