收藏本站
《厦门大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

两类典型能量转换系统—燃料电池和内燃机循环—的性能特性与优化理论研究

赵英汝  
【摘要】: 20世纪以来,能量转换技术发展迅速。随着能源问题的日趋突显,寻求合适的新能源及清洁能源成为世界各国关注的焦点,而不断改进热力循环方式以提高能量转换装置的性能则一直是能源技术发展的主要趋势。在这种背景下,以揭示能量转换的内在机制、优化能量系统的工作特性为主要目的各种热力学分析方法应运而生,它对于开拓新型热力循环与系统、提高能源系统的整体性能都是十分有意义的。 燃料电池是氢能利用的主要方式之一。它既适合于作分布式电源,又可组成大容量中心发电站,因此被认为是21世纪首选的高效、节能、环保的发电方式之一。而近一百年来,汽车产业的巨大进步,首先源于内燃机工业强劲发展的推动,同时又促进了内燃机自身的发展。内燃机发展至今,已广泛应用于工业、农业、电力、国防等各个领域,是当今用量最大、用途最广的最重要的热能动力机械。因此,对这两种典型的能量转换系统进行热力学研究,不仅有重要的理论意义,而且有极大的实用价值,对开发新能源、发展新技术、高效利用能源、改善生态环境、开拓交叉学科等都具有重要意义。 基于以上原因,本论文围绕燃料电池系统和几种典型内燃机循环的性能优化问题展开,探索受各种不可逆因素影响的热力装置和系统的各种最优性能参数以及它们之间的关系。主要研究内容如下: 在第一章中,简单介绍了能量转换系统的研究背景及发展。 第二章对一类工作在稳定状态的燃料电池建立不可逆的理论模型,考虑来自电化学反应、电阻及与环境之间传热等多种不可逆性所造成的影响。从能量转换的角度出发,结合电化学、非平衡态热力学和有限时间热力学理论,研究了此类燃料电池的物理及电化学性能,具体讨论了各类设计及操作参数对燃料电池性能的影响。所得结果可为实际燃料电池的优化设计和运作提供一定的理论依据。 第三章提出了一个新的理论模型用来描述在稳定状态下工作的燃料电池-热机混合系统的性能,对一些基本的设计特性以及潜在的关键问题进行了分析。在模型中综合考虑了多种不可逆损失,如电化学反应、电阻、燃料电池与热机之间的传热以及释放到环境中的热漏等。在研究中应用能量与熵分析的方法对多种不可逆损失进行阐明,并由此对整个混合系统的输出潜能加以评定。所得结果对燃料电池混合系统的优化设计和操作具有一定的实际指导意义。文中的新方法亦有助于为同类的能量转换装置及电化学体系的研究和发展提供更好的理论支持。 第四章对Otto、Diesel、Atkinson、Miller和Dual 5种内燃机循环进行了有限时间热力学分析,建立不可逆热机的循环模型,对来自于非等熵压缩和膨胀过程、有限速率传热过程和透过气缸壁的热漏损失等多种不可逆性对循环性能的影响进行了研究。得到了一些重要参数的优化判据,由此确定出不可逆内燃机的最优工作区间。 第五章集中探讨了绝热过程的内部摩擦损耗对Otto热机性能的影响。文中所建立的模型不仅摈弃了一般所采用的内可逆热机的假设,也避免了对不可逆热机活塞平均速率过于简化的描述。通过数值分析给出了一些性能参数的优化判据,并详细分析了一系列重要设计参数的影响,对实际热机的性能改善及优化设计具有一定的指导意义。 第六章以Otto和Diesel两种内燃机循环为例,讨论了工质热容量随温度变化时,循环的参数影响及性能优化问题。通过严格推导得出热容量随温度变化时理想气体的绝热方程,并分析了Otto和Diesel热机的性能,给出了一些重要参数的优化判据。所得结果新颖而又具有普适性,相关参考文献中的一些重要结论可从中直接导出。 最后一章概括了全文的主要结论,并对未来的研究提出设想与展望。 本文的研究不仅有利于燃料电池和内燃机循环这两类能量转换装置的性能改进,所得结果对燃料电池-热机混合热力系统的研发也具有重要的理论价值和实际指导意义,可为相关能量转换系统的优化设计提供理论参考。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM911.4

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 姚寿广;内燃机有限时间内不可逆循环热力学分析[J];内燃机学报;1994年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏永生;朱红;郭玉宝;郭志军;张新卫;;直接甲醇燃料电池的单电池实验测试及性能优化[J];北京交通大学学报;2010年06期
2 简弃非;王丹;魏蕤;;交指型流场结构的质子交换膜燃料电池温度分布特性模拟[J];兵工学报;2009年09期
3 范韬;;质子交换膜燃料电池及其在电动汽车上的应用[J];北京汽车;2009年04期
4 谭俊;邢汝鑫;钱耀川;;磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能[J];中国表面工程;2010年06期
5 张军,张维英,兆文忠;柴油机不可逆循环性能分析及优化[J];船舶工程;2003年06期
6 桂长清;柳瑞华;;目前动力电池的市场格局[J];蓄电池;2010年03期
7 马伯岩;;潜艇AIP系统和燃料电池[J];船电技术;2007年04期
8 宋义超;余波;;高温质子交换膜燃料电池用电解质膜研究进展[J];船电技术;2011年12期
9 唐德修;;对燃料电池推动汽车技术进步的探讨[J];重庆工学院学报;2006年11期
10 陈云俊;孙毅;崔志伟;康高英;;氧化钆掺杂氧化铈势函数的综述[J];材料导报;2010年19期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 汪强兵;奚正平;汤慧萍;王培;王建勇;杨保军;葛渊;;多孔材料在燃料电池中的应用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
2 刘向;郭振波;张伟;王东;钱斌;;质子交换膜燃料电池膜电极组件性能研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
3 杜巍;张凯健;黄成德;;不同晶型TiO2掺杂PtRu电催化剂的合成及其在电催化中的应用[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
4 王荣方;刘军民;廖世军;;有机溶胶法制备PdFe/C氧还原催化剂[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
5 张晓东;陈雷;孟祥梅;孙立;;生物质制氢与燃料电池整合系统研究[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
6 尤欣敏;郭福田;许鑫;赵志刚;;利用回收铂料制备Pt/C催化剂及其性能表征[A];第一届氢能关键材料与应用研讨会论文集[C];2013年
7 王承阳;;关于钢铁企业节能工作的几点思考[A];2006全国能源与热工学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴林;镁锂基合金在NaCl溶液中电化学行为的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘杨华;SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算[D];湖南大学;2010年
3 詹跃东;质子交换膜燃料电池的综合智能协调控制研究[D];昆明理工大学;2010年
4 于洁;固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究[D];昆明理工大学;2009年
5 张新卫;直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究[D];北京交通大学;2011年
6 魏永生;直接甲醇燃料电池膜电极的关键材料与模型模拟研究[D];北京交通大学;2011年
7 林海丹;磺化聚芳醚酮类质子交换膜材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2011年
8 张杨;用于直接甲醇燃料电池的新型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2011年
9 李雪峰;新型聚芳醚质子交换膜材料分子设计及结构和性能关系的研究[D];吉林大学;2011年
10 吕世权;中温固体氧化物燃料电池钴基阴极材料的性能研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘洋;碳载Pd及碳载Pd-Au催化剂对甲酸电催化氧化的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
2 高艳伟;炭载Pd-Ni催化剂对甲酸的电催化氧化[D];哈尔滨师范大学;2010年
3 石非;20kW燃料电池动力装置系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 许标;被动式微型直接甲醇燃料电池的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 刘毅;金属空气燃料电池聚合物电解质的合成[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 宁德争;氧化物掺杂Ce_(0.9)RE_(0.1)O_(2-δ)(RE=Sm,Gd)陶瓷材料结构与电性能研究[D];长春工业大学;2010年
7 黄健;PEMFC输出性能影响因素的仿真研究[D];昆明理工大学;2010年
8 李红彬;碳载Au基低温燃料电池阳极催化剂电化学性能研究[D];昆明理工大学;2010年
9 杨微格;固体氧化物燃料电池梯度阴极及复合电解质的研究[D];浙江大学;2011年
10 刘丽芳;纳米碳管作为质子交换膜燃料电池催化剂载体的研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白寿宁;超临界CO_2萃取枸杞色素中β-胡萝卜素研究[J];包装与食品机械;2000年02期
2 张大林;秋穗正;刘长亮;苏光辉;;新概念熔盐堆堆芯稳态热工水力计算[J];工程热物理学报;2008年06期
3 左嘉旭;张春明;;熔盐堆的安全性介绍[J];核安全;2011年03期
4 黄彦平;王俊峰;;超临界二氧化碳在核反应堆系统中的应用[J];核动力工程;2012年03期
5 蔡丽萍;郭国义;陈定岳;肖云晓;;板壳式换热器的应用和进展[J];化工装备技术;2011年02期
6 郑明光;叶成;韩旭;;新能源中的核电发展[J];核技术;2010年02期
7 焦保良;;浅谈国内外核电技术发展现状及前景[J];科技信息;2010年34期
8 江绵恒;徐洪杰;戴志敏;;未来先进核裂变能——TMSR核能系统[J];中国科学院院刊;2012年03期
9 鲁剑超;卢川;严明宇;;基于CFD方法的行波堆燃料组件结构优化设计研究[J];核动力工程;2013年06期
10 YANG XingTuan;REN Cheng;LIU ZhiYong;TU JiYuan;JIANG ShengYao;;Thermo-hydraulic experimental validation of an integrated modular small reactor operating in full power natural circulation[J];Science China(Technological Sciences);2014年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴炯;超临界二氧化碳压缩机关键技术研究[D];北京化工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈金灿,严子浚;半导体温差发电器性能的优化分析[J];半导体学报;1994年02期
2 严子浚;关于三热源制冷机的有限时间经济优化性能[J];低温与超导;1992年02期
3 严子浚;顺磁质埃里克森制冷循环的优化性能[J];低温与超导;1996年04期
4 严子浚;关于CA效率与有限时间热力学的发展[J];大自然探索;1995年02期
5 严子浚;卡诺热机的最佳效率与功率间的关系[J];工程热物理学报;1985年01期
6 林国星,严子浚;铁磁质斯特林制冷循环的优化分析[J];工程热物理学报;1994年04期
7 方光耀;;二热源机的输出功率与热效率[J];内燃机学报;1985年03期
8 严子浚;二热源机的输出功率与热效率间的关系[J];内燃机学报;1987年01期
9 严子浚;有限时间热力学中不可逆卡诺热机[J];热能动力工程;1994年06期
10 严子浚;对“太阳能动力装置集热器最佳工作温度”一文的讨论[J];太阳能学报;1992年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;美科学家发明新型“干性”燃料电池[J];世界科技研究与发展;2001年04期
2 鲍明伟;21世纪汽车新能源——燃料电池[J];无锡教育学院学报;2001年01期
3 焦庆丰;21世纪的绿色环保能源——燃料电池[J];大众用电;2001年02期
4 江姗,孙雅静;燃料电池──未来的动力[J];现代物理知识;2001年04期
5 杨保信;美国开发研究燃料电池应用于发电站和交通[J];中国环保产业;2001年06期
6 张生;形形色色的锂电池和燃料电池[J];中外轻工科技;2001年01期
7 徐姜;前景灿烂的燃料电池[J];城市公用事业;2001年01期
8 郑伟;;燃料电池——21世纪的清洁能源[J];化工之友;2001年09期
9 孙延勋;《燃料电池在建筑中的应用》在美国出版发行[J];暖通空调;2002年05期
10 高春梅,李清;以燃气为燃料的燃料电池及其应用的探讨[J];城市燃气;2002年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫振华;张存满;肖方暐;李冰;高鑫;马建新;;车用条件下燃料电池含氢尾气净化处理的研究[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年
2 余沛亮;;我国燃料电池技术发展现状概述[A];中国电池行业二十年发展历程[C];2009年
3 孙公权;;燃料电池相关化学基础研究概述[A];中国化学会第27届学术年会化学的创新与发展论坛摘要集[C];2010年
4 张炳力;徐德胜;方运舟;;氢燃料电池电动汽车关键技术研究[A];安徽节能减排博士科技论坛论文集[C];2007年
5 ;移动式燃料电池电源系统[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年
6 叶季蕾;吴福保;杨波;;燃料电池的研究进展与应用前景[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年
7 张华民;;燃料电池关键材料的发展[A];2003年新材料发展趋势研讨会演示文稿汇编[C];2003年
8 吴龙晖;张玉清;;燃料电池测试技术的研究[A];电动车及新型电池学术交流会论文集[C];2003年
9 廖元楷;柯泽豪;张媛婷;吴囿蓉;;燃料电池碳电极制备-(1)碳电极分析[A];中国颗粒学会2004年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议文集[C];2004年
10 阴秀丽;吴创之;马隆龙;;生物质气化燃料电池一体化发电技术应用前景[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 倪维斗 朱家琏;燃料电池汽车商业化前景不乐观[N];中国汽车报;2005年
2 黄瀚;胡里清的燃料电池梦[N];第一财经日报;2005年
3 常经;燃料电池产业亟待跨越发展[N];中国高新技术产业导报;2005年
4 张逸远;步入应用时代 小型燃料电池觊觎20亿商机[N];中国高新技术产业导报;2005年
5 实习生 程慧 编译;中国燃料电池自制费用仅为国外一半[N];国际金融报;2004年
6 记者李争艳;燃料电池加快商业化进程[N];人民日报海外版;2002年
7 本报记者  朱宇;零尾气燃料电池公交车亮相北京[N];中国证券报;2006年
8 本报实习记者 袁瑾;燃料电池2015年商业化:美国技术创新体系的一个案例[N];第一财经日报;2006年
9 张捷孙长哲;走产学研共赢之路 泓源燃亮中国燃料电池产业的明天[N];中国高新技术产业导报;2007年
10 李刚;国内首家省级燃料电池重点实验室在廊通过验收[N];河北经济日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金科;燃料电池供电系统的研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 赵英汝;两类典型能量转换系统—燃料电池和内燃机循环—的性能特性与优化理论研究[D];厦门大学;2008年
3 万年坊;微型聚合物膜燃料电池的结构与性能研究[D];清华大学;2007年
4 李炜;独立的太阳能燃料电池联合发电系统的协调控制设计与仿真研究[D];上海交通大学;2007年
5 廖艳梅;燃料电池的非铂基催化剂制备及其电化学性能[D];吉林大学;2015年
6 杨波;若干种燃料电池催化剂的浸渍法制备及相关电催化研究[D];武汉大学;2010年
7 田植群;低温燃料电池用纳米催化剂新型制备技术的研究[D];华南理工大学;2004年
8 王霞;燃料电池膜系结构氧化还原性能研究[D];西北工业大学;2014年
9 周平;燃料电池封装力学及多相微流动[D];大连理工大学;2009年
10 张慧敏;电对燃料电池用于铬铜镍重金属对苯酚尿素的产电及脱除基础研究[D];浙江大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王伟;聚合物燃料电池低铂电催化剂制备与性能研究[D];西北师范大学;2010年
2 杨亮;电化学制冷制热系统及燃料电池内混合对流换热数值模拟[D];北京工业大学;2011年
3 徐泽亚;燃料电池/微透平混合发电装置系统建模与仿真[D];重庆大学;2006年
4 续智丹;燃料电池系统动态特性的分析、仿真及预测[D];清华大学;2006年
5 吴成百;微小型燃料电池测试系统研究[D];大连理工大学;2007年
6 王旭峰;燃料电池混合动力机车建模及能量管理策略研究[D];西南交通大学;2012年
7 闫瑞锋;烷基咪唑类离子液体电解质的合成及其改善燃料电池性能的研究[D];太原科技大学;2012年
8 王子良;微型燃料电池热电联产系统模拟及制氢系统研发[D];华南理工大学;2012年
9 张磊;非方系统的控制及其在燃料电池中的应用[D];华北电力大学;2012年
10 张艳玲;新型低铂燃料电池催化剂的制备及电催化性能的研究[D];南京航空航天大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026