基于超纯水电解加工的水解离机理研究

介绍了一种以超纯水为电解液的电解加工工艺方法,即超纯水电解加工技术.研究了阳离子交换膜在超纯水中的水解离机理及工作特性,分析其在超纯水电解加工过程中的作用机理,并进行了水解离试验研究.结果表明：电流密度达到了3.7 A/cm^2,电场强度约为2 MV/m,已进入微细电解加工去除材料要求范围,为超纯水微细电解加工的应用奠定了基础.     

可逆固体氧化物燃料电池性能的数值模拟研究

可逆固体氧化物燃料电池(rSOFC)可正向工作放电和反向工作电解。船舶排放污染和化石资源枯竭的问题使rSOFC在船舶动力推进上的运用具有较好的前景。本论文利用流体力学理论描述rSOFC多物理输运过程、水气反应（WGS）和电化学反应,并采用Ansys/ Fluent建立了二维单通道rSOFC的数值模型以研究合成气为燃料的rSOFC电极厚度和气体组分等因素对电流密度、WGS反应速率和燃料利用率等性能的影响。结果表明,电极的厚度和气体组分等参数对rSOFC宏观性能有较大影响;WGS在rSOFC反应过程中起着重要作用;在双模式运行下,C/H元素比的增大会改善电流密度和电化学反应的不均匀分布。本研究对理解rSOFC可逆运行工况的性能以及在船舶推进系统的应用有着重要的意义。     

多电极偶接对金属大气腐蚀影响的试验与仿真

搭建薄液膜厚度测量与控制装置,采用微距参比电极后置法组建三电极体系,测量了厚度为100 μm的3.5wt% NaCl液膜下2A12铝合金、TC18钛合金和30CrMnSiNi2A高强钢的极化曲线和耦合体系的电偶电流;建立了基于薄壳电流分布的Comsol腐蚀仿真模型,得到了100 μm液膜下电极电位分布和电流密度分布图,通过对电极表面进行局部电流面积分计算得到了其电偶电流,对不同电极进行了面积的参数化扫描,讨论分析了不同面积比对于电偶电流的影响。结果表明：利用仿真模型得到的电偶电流值与试验值吻合较好,在2A12/30CrMnSiNi2A/TC18多电极体系中2A12充当阳极,TC18/30CrMnSiNi2A充当阴极,且阴阳极极性不随面积比的变化而发生转变,电偶电流主要集中在30CrMnSiNi2A与2A12之间,电偶电流与TC18面积呈线性关系,其对数与2A12和30CrMnSiNi2A面积的对数之间呈线性关系。利用建立的仿真模型对模拟搭接件大气腐蚀进行了仿真研究,仿真发现垫圈、2A12与30CrMnSiNi2A偶接接缝处及2A12与TC18偶接铆钉处电流密度分布更为集中,易发生腐蚀,与暴晒试验结果相符,说明该仿真模型对于多电极偶接的腐蚀分布具有很好的预测作用。     

真空100 keV质子辐照对石墨膜热性能的影响

研究了25 μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10¹⁵ p/cm²的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能，采用拉曼光谱（Raman spectrum）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）进行微观结构分析，采用激光闪射法（LFA）进行热性能分析。石墨膜晶面间距为0.335 83 nm，石墨化度为95.0%。结果发现，质子辐照会导致石墨膜表层产生缺陷，片层间距增大，石墨化度降低，氧含量升高；随着质子辐照注量的增加，Raman光谱中D和G峰的积分面积比表明缺陷密度不断增加。25 μm石墨膜经过能量为100 keV注量为2.5×10¹⁵ p/cm²质子辐照后，石墨膜热扩散系数无明显变化。     

无人机用燃料电池阴极供气系统建模与控制

燃料电池因其高效、无污染、噪声小等特点,被认为是未来最具有潜力的无人机（UAV）用动力源,燃料电池阴极供气系统的控制技术是决定燃料电池系统性能和可靠性的关键。针对无人机用质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极供气系统,首先,考虑外界温度、压力、空气密度以及雷诺数等随高度变化的参数,建立了跨高度离心空压机模型并分析了其在不同高度下的工作特性,基于无刷直流电机反电势特征构建了高速空压机驱动电机模型。其次,通过计算燃料电池阴极氧气和氮气的动态分压获取了PEMFC电堆输出电压。设计了基于分数阶PI^λD^μ的过氧比和阴极气压控制方法,驱动电机采用有限集模型预测控制（MPC）实现快速的转矩响应,仿真结果表明设计的控制器可在无人机跨高度运行条件下实现过氧比的快速调节,同时维持阴极气压稳定,满足燃料电池阴极供气需求。     

镀铟中的pH控制

一般采用的酸性镀铟溶液组分为: In 10～20克/升 Na_2SO_4 8～12克/升 pH=2.2～2.6 一、实验在1000毫升含In18克/升,pH=2.55的镀锢溶液中交换使用溶解阳极、不溶解阳极、溶解和不溶解阳极同时使用三种状态下进行电解,阴极为面积1分米~2的钢试样,电流密度为1安/分米~2。每30分钟测一次pH值(用25     

在线电解(ELID)磨削试验台的设计及应用

根据ELID磨削的特点,设计了专门用于研究ELID磨削的试验台。其电极间隙、电极面积和砂轮切向力可以根据要求进行调整,并且设计了专门的砂轮取样机构以方便对钝化膜状态的观测。结果表明该试验台上可以较好地模拟砂轮电解预修锐和ELID磨削过程。     

MB26镁合金微弧氧化陶瓷膜层性能

文摘利用扫描电镜、表面性能测试仪和电化学测试技术等研究了在铝酸盐电解液中,不同电流密度和氧化时间对MB26镁合金微弧氧化膜的表面形貌、厚度、结合力以及耐蚀性等性能的影响。结果表明:随氧化时间和电流密度的增加,MB26镁合金微弧氧化膜层中的微孔数量减少,但孔变深。膜层厚度随氧化时间和电流密度的增加而线性增加,但与基体的结合力随之降低。氧化膜的耐蚀性随氧化时间和电流密度的增加呈先增加而后减小的趋势,该合金在铝酸盐体系中微弧氧化的最佳工艺为电流密度0.2 A/cm2,氧化时间40 m in。     

基于膜除湿的飞机新型环境控制系统模拟研究

提出了一种采用高压空气膜除湿组件的飞机新型环境控制系统(ECS).在分析了系统工作原理的基础上,建立了该系统中各主要部件的数学模型,并采用分块建模的思想,开发了该新型环境控制系统的计算机仿真模型库,并与传统高压除水飞机环境控制系统进行了性能仿真比较.仿真结果表明:所开发的模型库具有良好的动态响应性能和稳态值;与传统系统...     

硫酸环境电解对热等静压钛合金性能的影响北大核心CSCD

酸环境电解去除包套是热等静压成形复杂钛合金构件的关键工序之一。针对目前酸环境电解对热等静压钛合金性能影响研究较少的现状,研究在40℃的硫酸溶液中,不同电解时间对热等静压TA15钛合金表面钝化膜、氢含量和力学性能的影响。结果表明:电解时间分别为15、30、45、60 d时,热等静压TA15钛合金表面钝化膜厚度逐渐增加,到60 d时钝化膜厚度达到了175.3μm;氢含量在15 d时增幅非常小,平均值低于2×10^(-5),30 d后则显著增加,到60 d时平均氢含量达到5.4×10^(-4);热等静压TA15材料屈服和抗拉强度随着电解时间的延长逐渐降低,塑性变化不大。硫酸环境电解直接影响热等静压钛合金材料的表面质量和力学性能,后续需强化工艺控制。     

考虑水膜蒸发的三维明冰积冰数值研究

明冰积冰过程中冰层表面会覆盖一层薄水膜,水膜在冰层表面流动和传热,水膜蒸发会引起质量和能量传递,对积冰相变产生影响。为了研究水膜蒸发对积冰的影响,在已有三维积冰模型的基础上,考虑了明冰积冰过程中水膜的蒸发,建立了考虑水膜蒸发的三维积冰数学模型,并开发了相应的积冰计算程序。选取NASA提供的典型算例,模拟了明冰积冰条件下NACA0012翼型的积冰过程,并将计算结果与NASA试验和数值结果进行对比。结果表明水膜的平均蒸发量为1.5g/(m~2·s),蒸发吸收的热量占总传热的35%。与不考虑水膜蒸发的计算结果相比,本文得到的积冰量和冰形都与试验结果具有更好的一致性,说明三维明冰计算中考虑水膜蒸发是有必要和合理的。     

基于冷热电一体化的舱外航天服生命保障系统性能

基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）和热驱制冷,提出一种舱外航天服生命保障系统冷热电一体化方案.在分别建立金属储氢装置、PEMFC、热驱制冷系统和辐射散热器数学模型的基础上,利用冷热电一体化的热力学分析理论和方法进行了典型案例的计算,并重点分析了核心构件热驱制冷装置的参数对舱外航天服生命保障系统性能的影响.与传统的冷热电分产舱外航天服生命保障系统比较,该系统仅消耗84.6g氢气,且不需要向空间排放工质,能源利用率高达85.29%,在工质消耗与能源利用率上有较大的优势.      

钛合金无光黑色阳极化工艺研究

本文介绍了钛及其合金在碱生溶液及酸性溶液配方中的戍嚷情况,重点研究了形成无光黑色阳极氧化膜的电流密度、氧化电压、氧化时间、溶液的介质成分、槽液温度、数控脉冲电源等对钛合金氧化膜层结构的影响,并对氧化膜层进行了各种性能测试,由此得出了适宜的制造工艺参数。     

旋转整流罩积冰过程中水膜流动和脱离的数值研究

为了更准确地模拟旋转整流罩积冰过程,在现有三维积冰与冰层表面薄水膜流动耦合模型基础上,基于功平衡分析的方法引入了旋转部件表面水膜脱离模型,并发展了相应的计算方法,给出了水膜脱离的判定依据:当气流曳力做的功和由于离心力使水膜增加的潜能之和大于黏附功时整流罩表面的水膜会发生脱离。对旋转整流罩积冰进行数值模拟,计算结果与实验结果吻合得较好,验证了该模型的合理性和计算方法的可行性。之后分析了转速和来流速度对整流罩表面水膜脱离和积冰的影响,结果表明:转速和来流速度越大,水膜发生脱离的比例越大。在研究范围内,转速为3000r/min和6000r/min时,因水膜脱离导致积冰总量分别减少13.4%和15.8%;来流速度为40、50m/s和60m/s时,因水膜脱离导致积冰总量分别减少为12.2%、13.4%、14.2%。      

阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其粘结性能的影响

采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化,研究阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其与环氧树脂粘结性能的影响。采用SEM、XRD和EDS分析了阳极氧化膜的微观形貌和晶体结构,采用角接触测量仪和三维视频显微镜分别对阳极氧化膜的表面润湿性和粗糙度进行测量。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。结果表明:采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化处理,氧化时间为15 min,电压为1~30 V时,能够在钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜;氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO₂混合晶体组成,其表面具有微纳多孔的粗糙结构;随着厚度的增加,阳极氧化膜对水的润湿性能逐渐增强。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%;粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。     

沥青道面摩擦系数随水膜厚度的变化规律

对沥青道面在不同湿滑状态下的抗滑性能进行研究。利用遥感式路面状况传感器和摆式摩擦仪测量3种不同沥青表面在不同厚度水膜覆盖情况下的摩擦系数,试验结果表明:水膜厚度为0~1 mm时,3种表面的摩擦系数均呈下降趋势;水膜厚度为1~5 mm时,摩擦系数基本保持不变。结合试验数据分析水膜厚度对摩擦系数的影响机理,建立水膜厚度为0~5 mm时摩擦系数随水膜厚度变化的模型。模型表明随着水膜厚度增加,轮胎与道面的摩擦过程经历3个不同的润滑阶段,其中混合润滑阶段摩擦系数与水膜厚度存在对数关系。水膜厚度对摩擦系数影响规律主要受表面微观构造控制,在低速摩擦情况下水膜厚度的增加对摩擦系数影响较小。     

迎风面三维积冰过程中水膜流动的计算方法

对影响迎风面三维积冰过程的冰层表面水膜流动进行分析,建立描述其流动的数学模型,引入在流动前锋下游预设薄水膜的方法处理其在表面干区的流动推进过程,提出超过临界厚度的水膜被吹除的方法处理角状冰下游局部水膜被吹离表面的现象.通过对翼型-平板结构中翼型上的冰形对比和水膜流动规律分析,验证了该水膜流动数学模型的合理性和计算方法的可行性.研究表明:与Messinger模型相比,积冰模型中引入水膜流动后,可以较好地模拟三维明冰积冰,同时明冰极限的模拟结果也更接近试验值;冰层表面的水膜厚度约为10-5m,流动速度约为10-2m/s.      

质子交换膜燃料电池驱动直流电机转速性能的动态仿真模型

燃料电池具有能量转化效率高、低噪声、低排放、稳定可靠等优点,被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统.燃料电池已经成为无人机、轻型飞机的主动力,并用于大型客机的辅助动力装置.本文设计了应用质子交换膜燃料电池直接驱动直流电机和螺旋桨的方案,并利用Matlab/Simulink构建了仿真模型,模拟燃料电池的动态输出特性以及电动机的转速特性.该模型可以为燃料电池飞行器的研发提供参考数据.     

微孔过滤分离技术在空间氢氧质子交换膜燃料电池中的应用

传统氢氧燃料电池的水管理涉及气体循环泵、加湿器和气水分离器等辅助部件,存在系统复杂、可靠性低等问题,采用被动的水管理模式可以解决这些问题。被动式水管理的关键在于实现气液分离过程的被动化。采用高分子微孔膜作为气液分离组件,组装并测试被动排水燃料电池。测试发现,70℃温度、0.02 MPa压差情况下,0.1μm高分子微孔膜的水通量可达5 L·min-1·m-2,在满足排水需求的同时限制了气体通过多孔微孔膜的扩散迁移;200 m A·cm-2电流密度时单体电压可达0.825 V,最大稳态工作电流密度可达500 m A·cm-2,组装的被动排水燃料电池成功通过典型工况测试和方向敏感性测试。     

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。