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车用燃料电池空气供给系统故障诊断研究
1
作者 严浩华 李从心 +3 位作者 伊力德 刘颖 刘怡康 张欣 《汽车工程》 北大核心 2025年第7期1285-1295,共11页
为了提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气供给系统的稳定性、安全性,并延长其使用寿命,本文提出了一种基于残差模型的燃料电池空气供给系统故障诊断方法,提出空气供给系统4阶状态空间模型,验证模型误差在1%以内,确保了所建模型的精度和... 为了提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气供给系统的稳定性、安全性,并延长其使用寿命,本文提出了一种基于残差模型的燃料电池空气供给系统故障诊断方法,提出空气供给系统4阶状态空间模型,验证模型误差在1%以内,确保了所建模型的精度和有效性。设计了空气供给系统滑模观测器,引入高斯噪声模拟实际传感器中的噪声,结果表明在测量值噪声的影响下观测器能较好地跟踪实际值,且估计误差在2%以内。通过观测器实时生成残差对系统故障进行检测,针对残差信号无法准确识别故障类型的问题,引入相对故障敏感度函数建立理论故障敏感度特征矩阵,计算系统实时状态量与理论故障敏感度之间的欧式距离,实现对空气供给系统的故障诊断和隔离,结果表明该方法能够迅速准确地识别并隔离出空压机故障、管道泄漏故障及堵塞故障。 展开更多
关键词 燃料电池 空气供给系统 滑模观测器 故障诊断
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质子交换膜燃料电池仿真模型并行计算与优化
2
作者 刘克 郝亮 +2 位作者 耿珺 陈洵 陆维 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第11期1754-1762,共9页
为实现质子交换膜燃料电池与电堆的高效和高精度仿真,基于Fluent求解器开发一套三维耦合一维的混合维度仿真程序,深入分析Fluent内置的global summations宏PRF_GRSUM对燃料电池仿真程序并行求解效率的影响,并基于混合维度模型的数据耦... 为实现质子交换膜燃料电池与电堆的高效和高精度仿真,基于Fluent求解器开发一套三维耦合一维的混合维度仿真程序,深入分析Fluent内置的global summations宏PRF_GRSUM对燃料电池仿真程序并行求解效率的影响,并基于混合维度模型的数据耦合特性,提出数据压缩同步法和数据筛选标记法两种新的并行策略.另外,详细阐述了3种数据交换方法的原理和流程,并通过简化模型测试其对程序求解效率的影响,结果表明采用数据筛选标记法相比PRF_GRSUM宏方法,计算包含百节电池的燃料电池堆的加速比达到112.5倍. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 并行计算 混合维度模型 数据筛选标记法
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基于条件神经网络的质子交换膜燃料电池的老化性能预测 被引量：1
3
作者 李从心 岳美玲 +2 位作者 李昕彤 熊庆辉 刘孝艳 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3094-3102,共9页
在积极推进“双碳”目标的背景下,氢能的发展迎来了前所未有的机遇。作为绿色交通变革的重要一环,燃料电池汽车在减碳和实现碳中和方面发挥着关键作用,同时也成为新能源汽车研究的焦点。提高燃料电池汽车的智能化程度,通过机器学习算法... 在积极推进“双碳”目标的背景下,氢能的发展迎来了前所未有的机遇。作为绿色交通变革的重要一环,燃料电池汽车在减碳和实现碳中和方面发挥着关键作用,同时也成为新能源汽车研究的焦点。提高燃料电池汽车的智能化程度,通过机器学习算法不断优化性能,已成为解决燃料电池汽车问题的重要途径。质子交换膜燃料电池作为燃料电池的核心技术之一,其耐用性问题依然是制约其商业化和市场普及的主要障碍。鉴于燃料电池的非线性和动态特性,以及运行条件的不断变化,准确预测其老化性能极具挑战。本工作提出一种基于条件卷积神经网络的新型燃料电池老化性能预测模型。该模型结合线性趋势和非线性动态特征预测,通过递归方法迭代预测燃料电池的老化性能。实验结果验证了本模型在长期性能预测上的高准确性,对于增强燃料电池系统的可靠性和效率具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 燃料电池 机器学习 神经网络 时间序列预测
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图案化微米线阵列Nafion膜制备及燃料电池性能
4
作者 李蕴琪 谢函霏 +1 位作者 崔丽瑞 卢善富 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期320-327,共8页
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中商业Nafion膜的平整表面结构造成膜和催化层界面接触面积偏小,Pt基催化剂利用率低,仅有25%~35%。为了提高催化层中Pt利用率,本工作以荷叶表面自然生长的乳突结构为模板,采用PDMS铸模剂复刻荷叶表面微观结构... 质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中商业Nafion膜的平整表面结构造成膜和催化层界面接触面积偏小,Pt基催化剂利用率低,仅有25%~35%。为了提高催化层中Pt利用率,本工作以荷叶表面自然生长的乳突结构为模板,采用PDMS铸模剂复刻荷叶表面微观结构,再将图案化纹理结构精确转印到Nafion膜表面,分别构筑了平均直径为(5.89±1.45)μm和(6.95±1.70)μm的微米线阵列结构。用图案化Nafion膜组装的单电池性能显著提升,最大功率密度由0.625W/cm^(2)提升至0.757W/cm^(2)。通过构建图案化结构能增强Nafion膜表面疏水性,强化传质效率,降低膜电极反应电阻和内阻。通过循环伏安曲线考察了Nafion膜上微米线阵列结构对Pt催化剂利用率的影响,Pt基催化剂的电化学活性面积(ECSA)结果提高了151%,Pt利用率提高至43.4%。在Nafion膜表面构筑微米线阵列有利于形成电子/质子/反应物的三相反应界面,改善质子交换膜与催化层间界面结构,显著提升了Pt利用率。 展开更多
关键词 NAFION膜 微米线阵列 传质强化 燃料电池
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钛合金箔材屈服行为及在双极板成形数值模拟中的应用
5
作者 柯文正 杨培勇 +3 位作者 郑楒禹 杜瑜宾 武飞宇 陆维 《精密成形工程》 北大核心 2025年第10期39-47,共9页
目的探索钛合金箔材在不同加载条件下的屈服行为,评估不同屈服准则的适用性。然后通过有限元仿真,为钛合金双极板的成形过程提供理论依据,研究其在多步成形过程中的变形特性。方法在不同比例加载条件下进行单向与双向拉伸实验,获得0.1 m... 目的探索钛合金箔材在不同加载条件下的屈服行为,评估不同屈服准则的适用性。然后通过有限元仿真,为钛合金双极板的成形过程提供理论依据,研究其在多步成形过程中的变形特性。方法在不同比例加载条件下进行单向与双向拉伸实验,获得0.1 mm钛箔的基本力学性能参数及初始屈服轨迹,然后采用Hill48屈服准则、Barlat89屈服准则、Yld2000-2d屈服准则对其进行理论预测。基于Hill48屈服准则进行有限元模拟,探究钛合金箔材在多步成形双极板过程中的变形行为,建模时通过减少微流道数目,同时保留双极板基本细节特征,来提高计算效率。结果Hill48与Yld2000-2d屈服准则预测能力接近,平均误差为4%~7%,Barlat89屈服准则的预测误差最大;采用Hill48屈服准则预测的精度最高,平均误差仅为1.4%。在多步成形模拟过程中,钛双极板微流道转角处的减薄率较大,而型腔边缘减薄率在10%以内;保压卸载后的微流道中仍然有较大的残余应力,说明该部分容易产生应力集中,从而导致箔材的损伤开裂。结论在钛合金箔材的屈服预测中,Hill48屈服准则具有较高的精度,有限元仿真结果为钛合金双极板的成形工艺优化提供了重要的理论支持。 展开更多
关键词 钛合金箔材 屈服轨迹 屈服准则 双极板 数值仿真 多步冲压成形
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埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果模拟分析 被引量：26
6
作者 刘自亮 熊思江 +3 位作者 花争立 张银广 徐平 顾超华 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期94-100,共7页
为了输氢管道的安全建设与运营,基于计算流体力学FLACS软件,模拟了埋地输氢管道在半受限空间内的泄漏爆炸事故后果,探讨了泄漏孔径、泄漏时长、输氢压力和环境风速对爆炸事故后果的影响规律,并得出相应的危险区域。结果表明:泄漏孔径、... 为了输氢管道的安全建设与运营,基于计算流体力学FLACS软件,模拟了埋地输氢管道在半受限空间内的泄漏爆炸事故后果,探讨了泄漏孔径、泄漏时长、输氢压力和环境风速对爆炸事故后果的影响规律,并得出相应的危险区域。结果表明:泄漏孔径、输氢压力和最大爆炸超压均与危险区域呈正相关关系,泄漏时长对事故后果几乎无影响;随着输氢压力的增大,危险区域受建筑物和风速的影响更为明显,在建筑物附近形成了狭长的危险区域带;最大爆炸超压和危险区域随环境风速的增大均呈现出先增大后减小的趋势。 展开更多
关键词 输氢管道 FLACS 泄漏 爆炸 事故后果 危险区域
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氢气管道与天然气管道的对比分析 被引量：63
7
作者 刘自亮 熊思江 +3 位作者 郑津洋 张银广 花争立 顾超华 《压力容器》 北大核心 2020年第2期56-63,共8页
利用氢气管道是长距离氢能输运最为高效的方式之一,但相较于成熟的天然气管网体系,氢气管道建设量相对较少,近年来将天然气管道改造成氢气管道的方式受到研究人员的广泛关注。从建设现状、规范标准、材料选择、设计制造、事故后果和安... 利用氢气管道是长距离氢能输运最为高效的方式之一,但相较于成熟的天然气管网体系,氢气管道建设量相对较少,近年来将天然气管道改造成氢气管道的方式受到研究人员的广泛关注。从建设现状、规范标准、材料选择、设计制造、事故后果和安全间距等方面,对氢气管道和天然气管道进行了系统的对比分析,为氢气管道的建设和天然气管道改造技术的应用提供一定的参考。 展开更多
关键词 氢气管道 天然气管道 规范标准 材料选择 失效后果
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埋地输氢管道在走滑断层作用下的失效分析 被引量：9
8
作者 刘自亮 熊思江 +3 位作者 郑津洋 张银广 花争立 顾超华 《压力容器》 北大核心 2020年第8期52-58,78,共8页
利用X80材料在高压氢环境下的慢应变速率拉伸试验数据,建立输氢管道的非线性材料模型,同时考虑土体材料非线性、管道几何变形非线性以及管土接触非线性等特征,利用ABAQUS模拟研究了埋地X80输氢管道在走滑断层下的力学响应,给出了管道的... 利用X80材料在高压氢环境下的慢应变速率拉伸试验数据,建立输氢管道的非线性材料模型,同时考虑土体材料非线性、管道几何变形非线性以及管土接触非线性等特征,利用ABAQUS模拟研究了埋地X80输氢管道在走滑断层下的力学响应,给出了管道的许用压缩应变值,讨论了断层位移量、输氢压力、断层角等参数对管道失效模式的影响,结果表明:输氢压力对管道的整体应变水平影响较小,管道应变主要由管土相对位移引起,内压引起的薄膜应变可忽略;断层角对管道失效模式具有显著的影响,当断层角小于75°时,管道易发生屈曲失效,当断层角大于75°时,管道易发生拉裂失效。 展开更多
关键词 输氢管道 走滑断层 X80 许用应变 失效模式
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纳米管壁数对氮掺杂碳纳米管氧还原反应活性的影响
9
作者 张爱京 江胜娟 +2 位作者 周明正 柴茂荣 张劲 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期2038-2045,共8页
通过预氧化和氨水水热法在含有不同壁数的碳纳米管表面成功引入含氮基团,从而获得了氮掺杂碳纳米管(NCNT),并研究了纳米管壁数对不同NCNT氧还原反应活性的影响。研究表明,各NCNT中氮元素的含量和含氮基团的种类相似,但不同含氮基团的比... 通过预氧化和氨水水热法在含有不同壁数的碳纳米管表面成功引入含氮基团,从而获得了氮掺杂碳纳米管(NCNT),并研究了纳米管壁数对不同NCNT氧还原反应活性的影响。研究表明,各NCNT中氮元素的含量和含氮基团的种类相似,但不同含氮基团的比例则相差较大,其中平均壁数为2.5的NCNT样品含有最低的吡啶氮和石墨氮比例,而该样品却展现出最高的电子转移数和最大的氧还原反应极限扩散电流。分析表明,NCNT的氧还原反应活性决定于纳米管壁数,而不是吡啶氮和石墨氮活性基团的比例,即NCNT的内壁为反应电荷的转移提供了有效导电途径,并通过隧穿效应将电子转移到外壁,而外壁的含氮基团活性位点得到电子从而将O2转变为OH-。随着NCNT壁数的增加,NCNT中电子隧穿效应减弱,NCNT的氧还原反应(ORR)活性也随之降低。 展开更多
关键词 氮掺杂碳纳米管 纳米管壁数 氧还原反应 碱性 隧穿效应
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