宋秉烨
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李印实
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杨卫卫
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何雅玲
工程热物理学报
本文设计了基于无Pt电极的自呼吸式阴离子交换膜(AEM)直接葡萄糖燃料电池(DGFC),并对其性能进行了实验研究.结果表明,在室温下,自呼吸式AEM-DGFC的最大功率密度达到20.8 mW·cm-2,最大电流密度为156mA·cm-2,优于以葡萄糖为反应物的传统的微生物燃料电池和酸性直接葡萄糖燃料电池(PEM-DGFC).实验还探究了葡萄糖浓度以及KOH浓度对于自呼吸式直接葡萄糖燃料电池性能的影响,葡萄糖浓度的升高一方面会降低传质极化,另一方面会阻碍OH-的传输,增大电池的内阻.0.7 M浓度的葡萄糖使燃料电池性能达到最优最优.KOH浓度从2M升高到4M时,使得阳极的GOR速率加快,电池性能进一步提升.
关键词:
燃料电池
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葡萄糖
,
阴离子交换膜
,
自呼吸
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无Pt电极
姚森
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何雅玲
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席奂
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李印实
工程热物理学报
膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜以聚四氟乙烯为原料膨化拉伸而成,具有耐酸碱、强度高、生物适应性强、抗污染性高等优点.本文对已商品化的ePTFE膜进行亲水处理,并对无膜以及使用Nafion 117质子交换膜,未处理的ePTFE膜,亲水处理的ePTFE膜时的微生物燃料电池的性能进行了比较.实验发现ePTFE膜经过亲水处理后其与水的接触角从122°变化为64°;使用亲水性ePTFE膜的微生物燃料电池获得的最大功率密度为1303 mW/m2,高于无膜(1170mW/m2),使用Nafion 117(840 mW/m2)和未处理ePTFE膜(678 mW/m2)时的功率密度.结果表明ePTFE膜可以作为微生物燃料电池的分隔物,并且通过改善膜表面与水的接触角可以在增加质子传递效率的同时减小氧气的渗透,进而提高微生物燃料电池的电池性能.
关键词:
微生物燃料电池
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亲水改性
,
膨体聚四氟乙烯膜
孙杰
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何雅玲
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李印实
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陶文铨
工程热物理学报
本文采用平衡分子动力学模拟方法,基于不同水分子模型(SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P和TIP5P模型)进行了不同温度条件(330～550 K)下的模拟,得到了汽液平衡系统.统计得到的密度分布表明:TIP5P模型统计结果与试验值偏差较大, SPCE模型统计结果与试验值偏差较小,因而更适合高温下的汽液界面性质的模拟.分析不同模型对应的Lennard-Jones(L-J)势能及静电势能的变化规律表明;在同一温度下L-J势垒高度和静电势阱深度都按SPCE、SPC、TIP4P、TIP3P和TIP5P模型顺序呈递减趋势.不同水分子模型在空间结构和作用点个数方面存在的差异是导致上述规律的直接原因.复杂的分子结构和相互作用使得液相区内分子间斥力作用和汽相区内分子间引力作用表现更为显著.
关键词:
分子动力学
,
汽-液界面
,
Lennard-Jones势能
孙杰
,
何雅玲
,
李印实
,
陶文铨
工程热物理学报
固壁表面发生的冷凝过程广泛存在于工程领域中,具有重要的研究意义.本文采用分子动力学模拟方法,对氩气在光滑/粗糙铂金属壁面的冷凝过程进行了研究,观察了近壁面区内液体的层状和网状密度分布特征及固液界面处的温度跳跃现象,前者是由固体表面作用势所致,后者则是分子热运动在微尺度固液界面区域所呈现的特殊现象.通过对不同工况模拟结果及系统内传热传质特性的分析发现,随着壁面凸起高度的增加,流固接触面积增大,接触热阻减小,换热效果得到了强化;凝结过程换热量随凸起高度的增加呈增长趋势;热量传递过程中,相变潜热量始终占总传热量的60%左右.
关键词:
分子动力学
,
冷凝
,
接触热阻
,
潜热
李印实
,
何雅玲
,
孙杰
,
陶文铨
工程热物理学报
本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.
关键词:
分子动力学模拟
,
圆柱绕流
,
流线
,
涡
孙杰
,
何雅玲
,
李印实
,
陶文铨
工程热物理学报
固壁表面发生的冷凝过程在工程应用中广泛存在,本文采用非平衡分子动力学模拟方法对高温蒸气在低温壁面上发生的冷凝过程进行了模拟研究.着重对该过程中的密度和局部温度等热力学参数分布进行了研究.同时,考察了两种气固温差条件下,壁面内、外法线方向上,不同强度的外力场对冷凝过程的影响,得到了结论:外力场是壁面内法线方向时促进冷凝进行,反之则阻碍冷凝进行,力场强度越大则影响效果越显著;当外力场一定时,气固温差越小,则外力场的相对影响程度越大.
关键词:
分子动力学
,
冷凝
,
固壁
,
外力场
杨卫卫
,
何雅玲
,
李印实
工程热物理学报
本文利用直接甲醇燃料电池瞬态二维两相多组分质量传输模型,研究了电池电流密度阶跃变化时电池电压以及电池膜电极内组分传输的动态响应过程.研究发现当电流密度突然降低时,电池电压出现过脉冲现象,这是由阴阳极过电势不同的动态响应趋势和响应速度造成的.电压的长时间响应主要是因为膜电极内甲醇缓慢的传输过程引起的.
关键词:
直接甲醇燃料电池
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瞬态运行
,
响应特性
,
数值模拟
