2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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1、近年來,隨著對(duì)能源高效及清潔利用的要求日益提高,以新能源為對(duì)象的多種形式燃料電池得到了廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。在燃料電池流道內(nèi)存在著復(fù)雜的氣液兩相流動(dòng)現(xiàn)象,此外,隨著微加工技術(shù)的發(fā)展,燃料電池向小型化發(fā)展,由此出現(xiàn)的微小槽道內(nèi)氣液兩相流動(dòng)表現(xiàn)出許多與宏觀尺度時(shí)不同的微觀效應(yīng)。以直接甲醇燃料電池為例,催化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體容易堵塞陽極側(cè)流道和擴(kuò)散層內(nèi)的孔道,造成傳質(zhì)受阻,最終將影響整個(gè)燃料電池的性能。因此,研究微小槽道內(nèi)氣泡存在對(duì)兩相流流動(dòng)特性的

2、影響,特別針對(duì)是不同運(yùn)行工況下氣泡的運(yùn)動(dòng)行為及其對(duì)流道內(nèi)流動(dòng)及傳質(zhì)過程的影響的研究,對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)燃料電池、提高燃料電池性能至關(guān)重要。
  目前的研究針對(duì)靜止液體中的氣泡運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象較多,且多為氣泡在大空間中或是在豎直管道里的運(yùn)動(dòng)。對(duì)氣泡在水平微小流道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特性研究較少,尤其是對(duì)氣泡從槽道底部孔口注入到通流中槽道里的動(dòng)力學(xué)行為的研究甚為少見。本論文采用流體體積法(VOF方法)對(duì)液體通流槽道內(nèi)氣泡行為進(jìn)行數(shù)值模擬,界面追蹤選用PLIC表

3、面重構(gòu)算法,結(jié)合表面張力模型,數(shù)值模擬了液體通流微小槽道內(nèi)單個(gè)和多個(gè)逸出氣泡的動(dòng)力學(xué)特性,研究氣泡生長(zhǎng)、變形、脫離及運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以及氣泡之間的相互作用、聚合特性,微小槽道流動(dòng)阻力特性;獲得氣體逸出速率、液體流速和物性、槽道尺寸和形狀、以及逸出孔分布和大小等參數(shù)對(duì)微小通流槽道內(nèi)氣泡動(dòng)力學(xué)行為特性的影響規(guī)律。
  主要研究成果如下:
 ?、俨鄣赖酌娴慕?rùn)性對(duì)氣泡的生長(zhǎng)脫離形態(tài)有重要影響。強(qiáng)親水性的底面有利于氣泡從其生長(zhǎng)壁面脫離,而

4、疏水性的底面則會(huì)使得氣泡附著在底面上。壁面氣體覆蓋率隨著底面接觸角的增大而增大,而無量綱流動(dòng)阻力因子則隨著壁面接觸角的增大而減小。
  ②增大氣體流速能使得氣泡提前脫離,對(duì)于槽道底面為中性的情況,在Reg較小時(shí),氣泡脫離體積隨著氣體流速的增大而增加,當(dāng)氣相雷諾數(shù)大于等于14時(shí),繼續(xù)增大氣體流速對(duì)氣泡脫離體積、壁面氣相覆蓋率和流動(dòng)阻力因子影響不大。而槽道底面為強(qiáng)親水性時(shí)則沒有這一限制。
 ?、鄣酌娼佑|角在強(qiáng)親水性范圍內(nèi)時(shí),混合

5、浸潤(rùn)性對(duì)氣泡行為的影響不大。而在其余情況下混合浸潤(rùn)性的存在會(huì)使氣泡在整個(gè)排除槽道中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大影響,不僅影響底面氣體覆蓋率的增長(zhǎng)速度,同時(shí)也會(huì)使槽道進(jìn)出口壓降造成震蕩。
 ?、芷渌鼦l件均相同時(shí),孔口在槽道側(cè)壁時(shí)氣泡脫離時(shí)間最短,脫離體積最小,而孔口在頂部時(shí)脫離時(shí)間最長(zhǎng),脫離體積最大;隨著槽道高度的增加,氣泡的脫離時(shí)間、脫離體積和排出時(shí)間均增加,而容積含氣率和流動(dòng)阻力系數(shù)均減小;流道橫截面積相同而高寬比不同時(shí),氣泡的脫離體積和脫離

6、時(shí)間均隨著槽道高寬比的減小呈現(xiàn)先增大,后減小的趨勢(shì);另外,槽道截面形狀改變對(duì)氣泡的脫離體積和脫離時(shí)間以及槽道內(nèi)無量綱流動(dòng)阻力因子等參數(shù)也會(huì)造成較大影響。
  ⑤相鄰兩個(gè)出氣孔形狀及位置分布對(duì)槽道內(nèi)底面氣體覆蓋率、容積含氣率和沿程阻力系數(shù)均會(huì)產(chǎn)生影響,底面接觸角為90度,Dx=0.8mm時(shí),方孔比圓孔更有利于氣泡排出。在其他條件相同時(shí),孔口前后排列較孔口并行排列時(shí)的對(duì)槽道阻塞較少。
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