王星
,
王玉璋
材料导报
基于Monte Carlo随机摆放方法,建立颗粒填充型两相复合材料的随机分布模型.应用有限差分法对导热微分方程进行离散,获得差分格式的热传导方程.将复合材料模型中的微观随机结构单元的数据信息导入计算机,应用循环迭代法对差分格式热传导方程进行求解,实现了对二维稳态导热温度场的数值模拟.采用此方法对可以理论求解的特殊情形进行模拟验证,结果表明其准确可靠.同时模拟了导热增强颗粒含量、颗粒与基体的导热系数比对复合材料有效导热系数的影响,并将模拟结果与Maxwell-Eucken、Bruggeman模型进行了比较,发现该方法的模拟结果在低填充量时与Maxwell-Eucken模型、在高填充量时与Bruggeman模型吻合良好.研究表明所述方法能够较好地计算颗粒填充型复合材料的导热系数.
关键词:
颗粒填充型复合材料
,
有效导热系数
,
Monte Carlo方法
,
有限差分法
,
数值计算
,
Maxwell-Eucken模型
,
Bruggeman模型
于建国
,
王玉璋
,
惠宇
,
翁史烈
功能材料
固体氧化物燃料电池(SOFC)可以通过阳极重整反应直接利用碳氢燃料,然而吸热的重整反应导致Ni-YSZ阳极存在很大的温度梯度.利用Ti部分替代催化剂Ni,降低催化强度,控制重整反应合理进行,可以得到合适的温度梯度等特性.利用全三维数学模型,量化研究了以Ti部分替代Ni-YSZ阳极中Ni的SOFC性能,在不同Ni含量情况下,得到温度场、组分分布和输出电压等分布情况.可以看出,在计算工况下,当Ni含量>40%时,最大温度差和Ni含量几乎呈线性关系,当Ni含量<40%时,最大温度差降低幅度增大.相同摩尔分数的甲烷在阳极中出现的位置和Ni的含量几乎呈线性变化,而最大氢气摩尔分数随着Ni含量的降低而降低,降幅逐渐增加.随着Ni含量的降低,输出电压随之降低,降幅逐渐增大.
关键词:
SOFC
,
Ni-YSZ阳极
,
Ni含量
,
温度梯度
,
输出电压
党帛
,
王玉璋
,
王星
材料导报
陶瓷被广泛用作催化燃烧的催化剂载体.为及时将反应热导出,避免催化剂烧结、失活,需提高陶瓷导热能力.针对通过填充高导热性的金属或无机填料的方法制成的陶瓷复合导热材料,引入二维九速度不可压格子多相Lattice-Boltzmann模型,对构造的5种规则填充形状(圆形、正八边形、正六边形、正四边形和正三角形)的陶瓷基复合材料进行了完整的二维导热过程的数值分析.结果表明,在相同的填料和填充体积分数下,三角形填充的复合材料有效导热系数最大,填充形状愈趋近圆形则有效导热系数越小.同时模拟了各填充形状下,填充材料与基体材料的导热系数之比kp/km对复合材料有效导热系数的影响.研究结果表明,孤立的导热填料对于复合材料导热系数的提高作用是有限的,当kp/km增大到一定程度,有效导热系数不再明显增加.
关键词:
复合导热材料
,
有效导热系数
,
Lattice-Boltzmann方法
于建国
,
王玉璋
,
翁史烈
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2011.01129
以煤气化合成气作为固体氧化物燃料电池的燃料是煤炭清洁利用的重要方式之一, 但是存在碳沉积会对SOFC的运行造成一定影响. 本文构建了基于实验的全三维SOFC数学模型, 考虑了化学/电化学反应、气体的流动和扩散、气固耦合换热、过电势等多种运行参数, 计算了煤气化合成气中不同组分对以Ni-YSZ为阳极的SOFC碳沉积的影响. 可以看出, 增加水蒸气以及二氧化碳有助于碳沉积的降低, 但是过多的水蒸气和二氧化碳也会导致SOFC输出电压的降低. 较高的氢气含量对碳沉积也有一定的抑制作用. 一氧化碳含量的增加有助于减少碳沉积的范围, 但在SOFC入口处却增加了碳沉积活性. 同时, 甲烷能导致剧烈的碳沉积, 因此, 在煤气化合成气中应尽量去除甲烷.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
fuel components
,
carbon formation
,
syngas
凌锡祥
,
王玉璋
,
王星
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.011
基于四参数随机生长方法和热阻网络方法开发了涂层微结构构建和隔热性能分析软件,构建了各向异性孔隙结构的柱状涂层微结构,着重研究了柱状孔隙大小、数量和细长化对柱状涂层有效导热系数和隔热性能的影响.结果表明:提高涂层的孔隙率是增强涂层隔热性能的有效途径;孔隙率一定时,随着柱状孔隙直径减小,其隔热性能增强,并且结构更加稳定;孔隙率一定时,随着柱状孔隙细长化,其隔热性能在一定程度上会有所减弱,但其稳态导热温度分布更加均匀,结构更加稳定.
关键词:
热障涂层
,
柱状微结构
,
孔隙率
,
有效导热系数
,
隔热性能
李佳莉
,
王玉璋
,
王星
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2015.6.011
为了研究热障涂层孔隙微结构对其表面冷却气膜流场的影响,本工作基于层状和柱状热障涂层(TBC)真实结构,通过灰度处理和像素识别,获得涂层微结构并形成计算网格.利用格子Boltzmann方法(LBM),建立了冷却气膜和热障涂层微结构内流动微观分析模型.结果表明:热障涂层微结构对冷却气膜和涂层交界处气膜流动有较大的影响,来流的垂直方向上产生扰动,会影响冷却气膜的稳定性;柱状结构涂层竖直微孔内存在微弱的气体流动,表面交界处产生漩涡;层状结构涂层表面比较粗糙,气膜竖直方向速度波动相比柱状结构更加剧烈.
关键词:
热障涂层
,
多孔介质
,
Lattice-Boltzmann
,
流场分布
于建国
,
王玉璋
,
翁史烈
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2011.01129
以煤气化合成气作为固体氧化物燃料电池的燃料是煤炭清洁利用的重要方式之一,但是存在碳沉积会对SOFC的运行造成一定影响.本文构建了基于实验的全三维SOFC数学模型,考虑了化学/电化学反应、气体的流动和扩散、气固耦合换热、过电势等多种运行参数,计算了煤气化合成气中不同组分对以Ni-YSZ为阳极的SOFC碳沉积的影响.可以看出,增加水蒸气以及二氧化碳有助于碳沉积的降低,但是过多的水蒸气和二氧化碳也会导致SOFC输出电压的降低.较高的氢气含量对碳沉积也有一定的抑制作用.一氧化碳含量的增加有助于减少碳沉积的范围,但在SOFC入口处却增加了碳沉积活性.同时,甲烷能导致剧烈的碳沉积,因此,在煤气化合成气中应尽量去除甲烷.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
燃料组分
,
碳沉积
,
煤气化合成气
