高压质子交换膜水电解技术研究

介绍了国内外质子交换膜水电解技术的研究进展,讨论了阳极催化剂材料、膜厚度、电流密度对膜电极电化学性能的影响,利用高压水电解制氧测试平台分析了高压大功率质子交换膜水电解器的工作性能和长期运行稳定性的影响。结果表明,以Ir O2复合金属氧化物催化剂的膜电极,在80℃和1.0 A/cm2的条件下,电解单槽电压不大于1.75 V,水电解器氧气输出压力达到5 MPa,最大产氧量为3.6 Nm3/h,氧气纯度不小于99.5%,研制的水电解器具备在高压、大电流密度下稳定工作的能力。     

卫星搭载聚氨酯泡沫闷烧实验

SJ-8卫星搭载闷烧实验,利用长时间微重力条件,对等压条件下聚氨酯泡沫试样中的闷烧点燃和双向传播过程进行了研究,两种气流氧气浓度分别为21%和35%,气流速度为3.1 mm/s.实验结果表明,氧气浓度较小时,逆向闷烧在传播到试样末端之前将自行熄灭,同向闷烧可以自维持传播至试样末端.气流氧气浓度为35%时,逆向闷烧和同向闷烧都可自维持传播;当逆向闷烧传播至试样末端区域时反应急剧加速,导致局部发生闷烧向有焰燃烧转变;有焰燃烧进一步点燃闷烧反应留下的剩余碳,使其发生剧烈的二次氧化反应,并向下游传播直到剩余碳耗尽.实验结果为研究闷烧机理提供了基础数据,对载人航天器舱内的火灾安全具有实际意义.      

SJ-10卫星固体材料燃烧实验装置

为对微重力条件下固体材料着火和火焰传播特性进行研究,研制了实践十号（SJ-10）卫星固体材料燃烧实验装置.利用空间高真空条件,采用实验段内气体环境更新和控制技术,实现了在有限实验空间内对多个实验样品进行研究,并提供准确可控的实验环境条件（氧气浓度和气流速度）.通过地面试验验证,该装置可通过实验样品、氧气浓度、气流速度、点火方式等实验参数的灵活组合,实现空间实验机会的充分利用和预定科学目标.      

微重力水电解槽两相热流动与水量分配数值模拟

建立了固体聚合物电解槽单体的三维两相流动模型和电解槽系统供水过程模型，对电解槽的供水、两相流动和温度场特性进行模拟仿真，分析放置方式和微重力环境等因素对其工作性能的影响.电解槽单体的数值模拟结果表明，在微重力条件下或者水平放置时，其内部速度场和温度场都分布均匀.但是采用竖直放置且水平供水方式时，电解生成的氧气在电解槽上部聚集，出现局部缺水现象.对电解槽系统供水过程的数值模拟结果表明，无论在地面还是微重力条件下，电解槽系统的水量分配都是不均匀的.水平放置时，电解槽系统内的电解槽单体进出口水量从底部至顶部先减少后增加；在竖直放置或微重力条件下，水量从其底部至顶部持续增加.      

密闭空间内氢气和二氧化碳甲醇化系统的非均相模型及反应特性

在载人密闭空间内通过电解水方式为乘员供氧会产生副产物氢气（H₂）。此外,乘员还呼出二氧化碳（CO₂）。将H₂和CO₂催化合成甲醇（CH₃OH）是消除载人密闭空间内富余H₂和CO₂的最优方式之一。对其开展反应过程建模及反应特性研究有助于进行反应过程的控制,更好地维持载人密闭空间内的大气平衡。本文采用微元法建立了H₂和CO₂催化合成甲醇的物料计算模型和温度一维非均相模型,研究了不同反应压力、冷却介质温度以及入口反应气体中CO₂与CO比值等反应条件下的反应特性变化规律。结果显示,反应压力的增加、冷却介质的温升以及入口气体中CO₂与CO比值的减小均能促进各反应速率增加,进而使得H₂和CO₂消除量增加、甲醇合成率上升以及催化剂和反应气体最高温度上升。在保证反应速率增加且催化剂最高温度不超过合理反应温度区间的最大值573.15 K时需维持反应压力不大于8 MPa,冷却介质温度不高于538.15 K以及CO₂与CO比值不小于1。