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膜电极涂层制作设备的开发与关键技术研究

作　者: 聂淼
导　师: 杨义勇
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 空气辅助雾化喷涂系统数值模拟速度场膜电极
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 15次
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内容摘要

膜电极是燃料电池的核心部件,其性能的好坏对燃料电池的性能起着关键作用,喷涂法是制备膜电极的重要方法之一,而且可以用于高精密涂层的制备,其性能对涂层的质量、涂层的均匀度等具有重要影响。喷涂方式的选择与喷涂的效果有直接关系,是避免浪费和获得质量较好的涂层的首要前提,通过对目前常用的喷涂方式的对比,并综合试验的结果,最终选用空气辅助雾化喷涂作为喷涂的方式。对喷涂系统设备的各个部分进行了设计,包括双坐标移动平台设计、搅拌装置设计、喷嘴部件设计等等,对其中的部分零件进行了安全校核。并且通过和试验相结合的方法,对其中的重要零件进行了改进创新。本文使用了计算流体力学软件FLUENT,对喷嘴进行了建模,并进行了数值模拟计算。包括喷嘴内部的压力场和速度场、喷嘴外部的速度场和相的分布,并且将模拟结果和试验的结果进行了对比,验证了仿真结果的可信性。针对喷嘴内部流场进行了模拟,包括内部液体和气体的流场分别进行了模拟计算。计算采用了多相流模型,通过模拟计算,得到了喷嘴内部液体和气体的速度场和压力场的分布云图和曲线,并对模拟的结果进行了分析。依据喷嘴外部,液体和气体相互作用等,对喷嘴外部的流场进行了模拟计算。采用了多相流模型进行计算,得到了外部的速度场和相的分布。最后通过试验,对加入辅助雾化空气前后的结果进行了对比,综合模拟的结果,可以看出辅助雾化空气对雾化效果的影响,验证了计算模拟结果的可行性,同时也验证了对喷涂系统的设计及改进所取得的效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章引言  9-15
  1.1 研究背景  9
  1.2 国内外研究概况、水平和发展趋势  9-14
    1.2.1 刷涂法  10-11
    1.2.2 溅射法  11
    1.2.3 浸渍还原法  11-12
    1.2.4 转移法  12
    1.2.5 电化学沉积法  12-13
    1.2.6 干粉喷雾法  13
    1.2.7 喷涂法  13-14
  1.3 论文主要内容  14-15
第2章喷涂方案设计  15-35
  2.1 喷涂方式的选择  15-21
    2.1.1 喷涂方式的分类  15-19
    2.1.2 喷涂方式的选择  19-21
  2.2 喷涂系统设计  21-34
    2.2.1 X—Y 平台设计  21-23
    2.2.2 压力搅拌杯设计  23-26
    2.2.3 搅拌装置设计  26-28
    2.2.4 喷嘴部分  28-32
    2.2.5 其它零部件  32-34
  2.3 小结  34-35
第3章流体动力学软件仿真流程  35-44
  3.1 计算流体动力学软件选择  35-37
    3.1.1 计算流体动力学介绍[25]  35-36
    3.1.2 CFD 软件选择  36-37
  3.2 流体动力学控制方程  37-38
    3.2.1 质量守恒方程  37
    3.2.2 动量守恒方程  37-38
    3.2.3 能量守恒方程  38
  3.3 控制方程的离散化  38-39
  3.4 CFD 软件典型的求解步骤  39-42
    3.4.1 建立控制方程  40
    3.4.2 确定边界条件和初始条件  40-41
    3.4.3 划分计算网格  41
    3.4.4 建立离散方程  41
    3.4.5 离散初始条件和边界条件  41-42
    3.4.6 给定求解控制参数  42
    3.4.7 求解离散方程  42
    3.4.8 判断解的收敛性  42
    3.4.9 显示和输出计算结果  42
  3.5 FLUENT 中求解模型的选择  42
  3.6 小结  42-44
第4章喷嘴内部流场模拟分析  44-56
  4.1 流体在喷嘴中流动的几何模型  44-48
    4.1.1 喷嘴的几何结构  44
    4.1.2 GAMBIT 建模  44-46
    4.1.3 划分网格与定义边界  46-48
  4.2 FLUENT 参数设置求解  48-49
  4.3 模拟计算结果及分析  49-54
  4.4 小结  54-56
第5章喷嘴外部气液两相流模拟分析  56-66
  5.1 喷嘴外部模型的建立  56-57
  5.2 喷嘴外部流场FLUENT 仿真  57-61
    5.2.1 参数设置  57-58
    5.2.2 仿真结果与分析  58-61
  5.3 试验结果分析  61-64
  5.4 小结  64-66
第6章总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
附录  71

膜电极涂层制作设备的开发与关键技术研究

内容摘要

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