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《上海交通大学》 2008年
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新型稀土系储氢合金的粉化、膨胀和传热特性的研究

覃峰  
【摘要】: 稀土系储氢合金在能量存储和转换、制氢工业等领域均有重要作用。长期以来,由于对储氢合金自身特性等方面的基础研究仍有不足,限制了其实用化的深度与广度。本文在国家自然科学基金《金属氢化物制冷/热泵系统中的若干基础问题研究》(50276063)和863计划课题《以氢化物为工作介质的35MPa以上高纯氢气连续输出技术》(2006AA05Z135)等两个国家级项目的支持下,制备可广泛用于热泵/制冷、氢气压缩、储氢和输氢等领域的新型稀土系储氢合金工质对,通过对储氢合金的粉化特性、薄壁反应床对合金吸氢膨胀的响应特性的研究,设计高可靠性的薄壁反应床结构单元;对床体在循环过程中的传热性能进行理论和试验研究,并以热驱动型金属氢化物空调系统为应用对象,对大功率、高效率储氢合金反应床的设计原则进行了探讨。 (1)总结了储氢合金的开发准则,制备了新型稀土系储氢合金LaNi4.61Mn0.26Al0.13/ La0.6Y0.4Ni4.8Mn0.2并实测其平台特性、吸放氢滞后程度和吸氢动力学性能,验证了高温扩散退火热处理工艺对合金平台斜率的改善作用;预测以该合金对为工质的热驱动型空调系统的理论性能。 (2)借助激光衍射法和显微镜法,定量研究了热处理工艺、初始粒径、循环次数等参数对上述储氢合金粉化特性的影响;并采用函数方法描述了粉化合金粒度分布及其变化规律,从而为准确描述储氢合金粉化特性和粉化产物提供了数学工具;实测的高、低温合金粉化颗粒的分布密度函数近似呈三峰不交的对数正态分布。通过研究粉化合金的形成机理和分布特点,证明它是由极粗粒、粗粒、细粒和微细颗粒四种分布组成的多分散体系,分别为合金偏析、体积粉碎、体积和表面粉碎综合作用、以及表面粉碎的结果;其中微细颗粒为取决于合金自身性质的稳定成分,粗粒和细粒不仅取决于合金性质、还与热处理和循环条件直接相关;从而为合金粉化机理和粉化产物提供细节认知。 (3)借助应变测量手段研究圆柱型薄壁反应床对合金吸氢膨胀的响应特性,通过测量循环次数、测点位置、含氢量、初始填充率和床体放置形式等参数对床壁应变的影响,总结了横、竖置反应床对合金膨胀的响应规律。根据试验结果,提出并验证了床壁与合金粉末摩擦力主导的“循环压缩效应”,并证明床体长径比、合金循环次数、传质能力、体积膨胀系数和壁面摩擦系数的提高均促进了循环压缩效应。提出储氢合金反应床应力积累机理,归纳了提高反应床可靠性的三种主要手段及具体措施,并总结了薄壁反应床的最佳填充率和工作条件。根据应力积累机理设计和测试了能够满足长期可靠工作要求的锯齿肋片式单芯片结构,用于储氢合金反应床的结构和功能单元。 (4)搭建热导率试验台,定量研究了填充La0.6Y0.4Ni4.8Mn0.2的锯齿肋片式反应床在循环过程中的导热性能。结合反应床整体的传热特性试验结果和数值方法,间接计算出无传热强化措施的合金粉末的有效热导率;计算结果表明:在正常工作的氢压下,粉体自身热导率能够满足使用要求,而换热面积为制约传热性能的瓶颈。依据相对接触系数的变化规律将合金粉末的接触状况分为三个阶段,并从现有的粉末导热基元模型出发,通过将合金吸氢膨胀、粉化特性引入相对接触系数中,建立了基于粉末导热机理、结合储氢合金循环特性、适用于吸氢过程的有效热导率半经验公式,具有较高的拟合精度。在此基础上,以热驱动型金属氢化物空调系统为应用对象,通过试验比较确定大功率、高效率储氢合金反应床的设计原则应为“重点强化传热,兼顾改善传质”。 综上所述,本文通过对新型稀土系储氢合金粉化、膨胀和传热性能的研究,详细阐明了稀土系合金的循环特性和高性能反应床的设计方法,不仅为发展以储氢合金为工质的、具有自主知识产权的热泵/制冷、无油氢气压缩、高能储氢和输氢等设备提供理论基础和技术支持,而且相关研究还可广泛用于燃料电池、余热回收、太阳能品质提升等领域,对相关学科有重要的辐射作用。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG139.7

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【引证文献】
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1 杨丽颖;董小平;耿晓光;王青;林玉芳;张羊换;;稀土镁镍系合金的循环贮氢性能与粉化特性研究[J];粉末冶金工业;2011年02期
【参考文献】
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1 迟洪忠,陈长聘,李弘波,任国新;镁基储氢材料研究进展[J];材料工程;2002年08期
2 王启东;吴京;陈长聘;方添水;雷永泉;陈仰霖;;多方开拓应用,发展贮氢合金——浙江大学开发研究贮氢合金的经验总结[J];材料科学与工程;1993年01期
3 徐艳辉,陈长聘,王国元,王启东;Ni-MH二次电池负极用贮氢合金的研究发展[J];材料科学与工程;2002年01期
4 于进云,雷永泉,杨晓光,吴京,王启东;锆系Laves相贮氢电极材料的研究进展[J];材料科学与工程;1994年04期
5 王新华,李寿权,葛红卫,陈长聘,杜天申;Ml-Ca-Ni系储氢合金的储氢特性及其在氢──汽油混合燃料车中的应用[J];稀有金属材料与工程;2001年03期
6 王新华,陈长聘,王启东;汽车氢化物空调模拟样机设计与性能[J];低温工程;1998年02期
7 吴煜明;王启东;陈长聘;吴京;;金属氢化物热泵(MHHP)进展[J];低温与特气;1990年04期
8 张沛龙;;金属氢化物空调机制冷性能的研究[J];低温与特气;1993年02期
9 孙东升,张昭良,李国勋;贮氢合金应用研究近况[J];功能材料;1997年02期
10 刘玉兰,吴勇强,徐志刚,朱子彬;固定床有效导热系数的研究[J];华东理工大学学报;2004年02期
【共引文献】
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1 刘长君;贴片方向不准及横向效应的影响[J];四川建筑科学研究;1979年04期
2 张育智;李乔;;基于区间估计的结构损伤识别方法研究[J];四川建筑科学研究;2007年06期
3 郑大中;宁芜地区铁磷矿床形成机理探索[J];安徽地质;2000年04期
4 刘盛东,吴荣新;由冒落孔导高预报煤层顶板导高的回归分析研究[J];安徽地质;2001年01期
5 曹鸥;张国用;张一群;牛治淮;;厌氧发酵装置虹吸出料的理论探讨及实验应用[J];安徽工学院学报;1986年02期
6 王小莉;杜长森;周华;王燕平;;纳米碳酸钙的制备、改性与应用[J];安徽化工;2012年02期
7 项立群;概率方法在一种期权定价中的应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年02期
8 董如何,肖必华,方永水;正交试验设计的理论分析方法及应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
9 张雪冰;;试卷分析中的正态和非正态分布[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年04期
10 常青云;朱莉思;曹鑫;刘本翠;张志毅;;多因素对秋水仙素诱导多倍体效率的影响[J];安徽农业科学;2007年31期
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1 严勇;周仕仁;张立华;;多通道分布式应力应变测试系统在某体育馆钢结构施工过程中的应用[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
2 闵德;;稀土在储氢材料的应用和发展[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
3 陈云贵;涂铭旌;唐定骧;;无钕贮氢合金与稀土资源平衡利用[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
4 沈观林;;复合材料与结构的力学性能测试技术及“复合材料力学”课程教学[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
5 张马兵;杨应红;董保华;卢逢刚;;安庆市近50年日照特征变化分析[A];第三届安徽科技论坛农业与气候生态学术研讨会论文集[C];2004年
6 冯玉光;秦亮;代进进;丛海鹏;;主成分分析法在薄板坯连铸连轧生产线质量控制问题中的应用[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(下)[C];2006年
7 陈淼;陆光达;张桂凯;;钯的氚老化效应研究现状[A];中国核学会核材料分会2007年度学术交流会论文集[C];2007年
8 钱晓静;黄国强;张志;;二氧化硅溶胶包裹镧镍铝合金的制备[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第5册)[C];2009年
9 韩仲琦;;水泥粉体的改性与应用[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
10 孙华;黄修林;彭馨彦;丁庆军;;复杂胶凝体系的水化微结构及性能研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
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1 邴文增;钛铪合金吸放氘行为和相变[D];中国工程物理研究院;2010年
2 高传慧;碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究[D];中国海洋大学;2010年
3 叶素云;纳米化对Mg基储氢合金的热力学和储氢性能的影响[D];华南理工大学;2010年
4 吴建民;固定床传热研究及费托合成固定床反应器的数学模拟[D];华东理工大学;2011年
5 张爱敏;快速热循环注塑材料ABS/PMMA的物理改性及其成型性能研究[D];山东大学;2010年
6 杨娜;基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D];武汉大学;2010年
7 卢琪;电气石/Al_2O_3复合材料的制备及其红外辐射性能研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 杭州明;Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究[D];浙江大学;2010年
9 梁初;Li-Mg-N-H基高容量储氢材料的储氢性能及其机理研究[D];浙江大学;2011年
10 高烨;固体推进剂用无机纳米材料的合成及催化性能的研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余铭铭;金属V掺Ni的改性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 马怀营;镁储氢性能影响因素的研究[D];山东科技大学;2010年
3 徐鑫;蓄热电池一体化结构设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孙传明;空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料的制备及性能研究[D];中国海洋大学;2010年
5 陈卓;氢能载体甲基环己烷在Ni/γ-Al_2O_3催化剂上的脱氢反应研究[D];湘潭大学;2010年
6 李文莲;滑石粉等填充改性高密度聚乙烯的性能研究[D];湖南工业大学;2010年
7 姚远;应用于空调的重力型分离式热管换热器的设计和实验研究[D];华南理工大学;2010年
8 孙合胜;甲醇合成催化剂固定床错流传热研究[D];华东理工大学;2011年
9 边玲;油浆内颗粒测定及分离的研究[D];华东理工大学;2011年
10 黄晓东;中药黄连超细粉碎技术研究[D];华东理工大学;2011年
【二级引证文献】
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1 董小平;杨丽颖;朱凯宁;王涛;钟旸;;储氢合金电极失效的机理分析及研究进展[J];稀有金属与硬质合金;2011年04期
【二级参考文献】
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1 汪景春,蔡水玉,远松月,吴越;金属间化合物催化加氢性能的研究 Ⅱ.用还原法制备的LaNi_5的催化性质[J];催化学报;1983年01期
2 佟世华;储氢材料在催化加氢脱氢反应中应用的研究概况[J];材料导报;1994年05期
3 舒康颖,雷永泉,吕光烈,杨晓光,张书凯,王启东;快速凝固Ml(NiCoMnTi)_5合金的组织结构与电化学性能[J];材料科学与工程;1999年03期
4 魏范松,雷永泉,陈立新,廖彬,应窕,葛红卫,吕光烈;低Co贮氢合金ReNi_(3.5)Co_(0.3)Mn_(0.3)Al_(0.4)Fe_(0.5-x)Sn_x(x=0~04)的相结构和电化学性能[J];材料科学与工程学报;2003年03期
5 王新华;Ml_(1-x)Ca_xNi_5合金的氢化物稳定性研究[J];稀有金属材料与工程;1998年03期
6 王敬,吴锋,吴锋,单忠强;热处理对LaNi_(3.6)Co_(0.7)Mn_(0.4)Al_(0.3)性能的影响[J];电池;2002年S1期
7 卢世刚,杨汉西,王长发;贮氢合金用作硝基苯电解加氢的催化电极研究[J];电化学;1995年01期
8 高学平,杨化滨,宋德瑛,张允什,周作祥,张维,申泮文;锆系Laves相储氢合金电极的性能研究[J];电化学;1995年03期
9 张大为,袁华堂,杨化滨,周作祥,张允什;铜在储氢合金表面包铜电极中的行为[J];电化学;1997年03期
10 靳红梅,李国勋,王瑞坤,王超群,张昭良,孙丽虹;热处理对La_(0.9)Nd_(0.1)(NiCoMnAl)_5电极性能的影响[J];电源技术;1997年02期
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1 刘红,韩莹,程云阶,丛伟;储氢合金的性质及发展趋势[J];沈阳航空工业学院学报;2000年01期
2 葛副鼎,李传健,王新林,朱静;MmNi_(3.8)Mn_(0.55)Co_(0.6)Ti_(0.05)储氢合金的微观结构研究[J];金属功能材料;1997年05期
3 郭宏,张少明,徐柱天,张曙光,卢彩涛,石力开;热处理对气雾化储氢合金微观结构及电化学性能的影响[J];稀有金属;2000年03期
4 张应焞;;使用储氢合金的制冷机[J];低温与特气;1989年02期
5 李芳红,杨妹娟,康龙,罗永春;储氢合金LaNi_((4.2+5x))Mn_(0.4)Al_(0.4)Zr_x的微观组织及电化学性能研究[J];甘肃工业大学学报;2003年03期
6 庞永新,贾德民,范祥清,李志峰,袁朝辉;储氢合金/聚合物电极复合材料的研究[J];华南理工大学学报(自然科学版);1996年07期
7 李超,赵林治,杨书廷,张明春;储氢合金组成对MH/Ni电池性能的影响[J];河南化工;1996年02期
8 刘天佐,王巍,夏天东,罗永春;球磨参数对MgNi储氢合金电化学性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2005年01期
9 叶荣;黄铁生;;超纯氢储氢合金瓶[J];低温与特气;1988年03期
10 曾泉浦,伍本德,毛小南;钛系多元储氢合金的研究[J];稀有金属材料与工程;1990年02期
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1 赵新明;田志刚;;储氢合金的应用研究[A];低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C];2010年
2 朱惜林;;储氢合金产业的发展现状和面临的问题及思考[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
3 肖方明;唐仁衡;王英;孙泰;;低自放电镍氢电池储氢合金制备及电化学性能研究[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
4 徐艳辉;鞠华;;储氢合金的结构、热力学与电化学性能:一种平均总电子数目的经验方法[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年
5 闵德;;稀土在储氢材料的应用和发展[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
6 安学会;张旭;张捷宇;李谦;周国治;;计算相图在La-Mg-Ni储氢合金制备中的应用[A];中国稀土储氢材料产业链的发展与共赢——第三届中国包头·稀土产业论坛专家报告集[C];2011年
7 张青青;苏耿;李傲生;刘开宇;;固相法制备纳米Co_3O_4及其对AB_5储氢合金性能的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
8 高晓培;唐有根;李民善;蒋晨曦;;添加TiO_2-ZnO光催化剂对AB_5型储氢合金电化学性能的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
9 ;镁镍系储氢合金的制备研究[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
10 苗鹤;陈玉安;丁培道;张保平;谢昭明;付安庆;;两步法制备Mg_(2-x)Al_xNi(x=0,0.2,0.3,0.4)系列储氢合金的性能研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
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1 冶炼;高储氢量的钛——钒基储氢合金[N];中国有色金属报;2005年
2 ;储氢材料[N];科技日报;2003年
3 ;国家863计划成果信息[N];中国高新技术产业导报;2007年
4 李想;储能材料:有色金属扮主角[N];中国有色金属报;2006年
5 本报记者 周芳燕;有研总院“西部万里行”取得实质性进展[N];中国高新技术产业导报;2002年
6 丛榕;包钢稀土(600111)资产收购延伸产业链[N];中国证券报;2007年
7 佳易;镍钴合金粉应用前景不错[N];中国有色金属报;2003年
8 记者:房琳琳;摸摸氢的“脾气”[N];科技日报;2006年
9 包丽颖;情系绿色能源[N];科技日报;2006年
10 叶春莉;四川省加快钒钛资源综合利用步伐[N];中国有色金属报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵炳建;固体透氧膜法直接制备储氢合金新工艺[D];上海大学;2012年
2 肖方明;RE-Mg-Ni系稀土镁基储氢合金的制备工艺探索及其结构与性能[D];华南理工大学;2012年
3 潘崇超;Nd-Mg-Ni-Co储氢合金的磁场热处理改性及其机理研究[D];清华大学;2009年
4 倪成员;特种MH/Ni电池用稀土系储氢电极合金的制备与电化学性能[D];中南大学;2012年
5 安学会;La-Mg-Ni-H体系相平衡及其吸放氢动力学机理研究[D];上海大学;2012年
6 黄红霞;Mg基和AB_5型储氢合金的制备、改性及电化学性能研究[D];中南大学;2010年
7 陈昀;储氢合金代铂作为PEMFC和AFC阳极催化材料的电化学过程与电催化特性研究[D];浙江大学;2002年
8 蓝志强;新型镁钛系BCC结构储氢合金制备与性能研究[D];广西大学;2011年
9 高志杰;稀土—镁—镍系A_2B_7型储氢合金结构和电化学性能研究[D];兰州理工大学;2013年
10 叶素云;纳米化对Mg基储氢合金的热力学和储氢性能的影响[D];华南理工大学;2010年
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1 方志杰;储氢合金吸氢机理及掺杂元素作用机制的研究[D];广西大学;2003年
2 蔡官明;储氢合金与苯组成的浆液的吸氢特性研究[D];浙江大学;2002年
3 汪建义;合金化元素及化学计量比组成对La-Mg-Ni系储氢合金电化学性能的影响[D];兰州理工大学;2011年
4 李蒙;RE-Mg-Ni系AB_(3.8)储氢合金制备及性能研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
5 霍亮;Pd取代对Mg_2Ni型储氢合金结构和性质影响的理论研究[D];河北师范大学;2011年
6 任国新;稀土—镁储氢合金的四氢呋喃球磨改性研究[D];浙江大学;2003年
7 刘剑;Ti-Cr-V系储氢合金的微结构及储氢特性研究[D];浙江大学;2005年
8 史洪存;B、Cu元素取代对Mg_2Ni型储氢合金结构和性质影响的理论研究[D];河北师范大学;2011年
9 黄太仲;TiMn系储氢合金性能的研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
10 李嵘峰;退火处理对R-Mg-Ni系A_2B_7型储氢合金微观组织和电化学性能的影响[D];兰州理工大学;2011年
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