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气体扩散层（GDL）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键部件。本文将蛇形流场PEMFC7个区域的压力、氧气和水浓度参数作为各区域GDL优化的边界条件。使用拓扑算法优化各区域的GDL结构，计算孔隙率和渗透率，以提高GDL的传质能力，提高电池效率。研究了优化孔隙率和渗透率对PEMFC的优化效果。Comsol仿真结果表明，将初始孔隙率设置为1具有更好的优化效果。渗透率的增加可以提高传质能力，但渗透率的优化效果不如孔隙率优化显著。优化GDL的孔隙率可以提高传质能力和电池性能。优化孔隙率引起的渗透率变化会损害电池性能，但其对电池性能的影响小于孔隙率的优化效果。因此 ... En savoir plus
目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在两大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；针对以上问题，本文发展了基于孔隙结构特征变化的气体微观扩散模型，建立了微观尺度模型用以研究页岩基质有机质与无机质气体流动-微观变形之间的耦合作用。通过离散模型对分析了微观尺度页岩基质不同矿物组分（有机质和无机质）力学参数、孔隙结构、气体流动参数差异对气体微观扩散能力的影响机制，建立了由孔隙结构和流体压力控制的有效扩散模型描述气体微观扩散行为 ... En savoir plus
本文提出了一种复合材料纤维排列的随机结构建模方法。该方法使得对纤维束中纤维单丝层面的随机排列结构对渗透性和流动特性的影响等研究成为可能。本文考虑了四个参数，包括三个微观结构参数：纤维束中域的边长L、纤维单丝半径值波动范围△R、纤维单丝间最小间距δmin和一个宏观参数：孔隙率ε。对纤维随机排列的多孔介质横向饱和流动进行了有限元分析，并采用Morris全局灵敏度分析（GSA）方法，研究了四个参数对渗透率的影响。结果表明宏观参数气孔率ε对纤维增强材料的渗透性能影响最大。 En savoir plus
本研究利用COMSOL软件对静电纺纳米纤维单向导水过滤材料的过滤与单向导水过程进行仿真模拟。利用CAD对静电纺丝纳米纤维材料进行三维建模，将模型导入COMSOL中。然后，利用层流模块对气体受到的阻力进行模拟，并将模拟结果和实验结果进行比较，结果显示实验与模拟的滤阻变化趋势一致，说明了模拟的可靠性性。纤维膜的单向导水过程的模拟，选用了层流和流体相场接口进行多物理场模拟，利用COMSOL对静电纺丝纳米纤维和液体进行二维建模，对液体的流向以及纤维受到的压力进行分析，实验结果证明了单向导水的渗透机理。两项模拟的成功验证了纳米纤维单向导水空气过滤膜的功能性 ... En savoir plus
气体渗流机制和渗透率演化是预测页岩储层天然气产量的重要因素。本文建立了多场耦合下的基质和裂缝的动态渗透率演化模型，并将其整合到COMSOL求解器中，并利用岩土力学和地下水流模块求解。此外，分析了基质收缩和应力敏感性对渗透率的影响。研究结果表明，孔径增大会增加页岩储层的气体渗流能力。与常规储层相比，由于气体多重流动机制，在小孔（1-10 nm）和低压（0-5 MPa）下，基质表观渗透率与达西渗透率之比高出约1-2个数量级。流动机制主要包括表面扩散，努森扩散和滑移流动。同时基质收缩和应力敏感性的综合影响导致纳米孔闭合，与基质初始渗透率相比，渗透率下降约1个数量级 ... En savoir plus
随着天然气需求的不断增加，页岩气作为一种重要的非常规能源，对于国家能源安全和经济发展具有重要意义。然而，页岩气的有效开采受限于对其储层微观力学特性的深入了解，宏观尺度很难获得页岩各组分的力学性质。因此，我们才用纳米压痕技术来研究页岩微观尺度下的细观力学特性，并基于X射线衍射（XRD）、自动矿物分析系统（TIMA）等先进技术分析，建立微观尺度下的固体变形-气体流动控制模型，分析评估微观产气影响机理，主要研究工作如下： （1）采用纳米压痕实验技术，对页岩进行了不同加载角度下的保持荷载实验以获得页岩微观尺度下的力学参数，如杨氏模量、硬度以及蠕变 ... En savoir plus
微通道精馏是一种新型高效的精馏提纯装置。本文提出了两种用于精馏的微通道结构，分别采用金属孔板和多孔介质作为液相流道。在COMSOL Multiphysics软件中构造上述两种结构，并建立了丙烷/丙烯混合物分离的传热、传质及流动的多物理场耦合模型，通过化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气、液混合物物性，使用浓物质传递模块，基于Maxwell-Stefan模型及双组分系统传质经验关联式获得气相和液相内部及气液相界面处传质特性，以实现对微通道精馏装置内丙烯/丙烷两相流的相变传热和精馏传质过程的模拟，对比分析两种结构对微通道精馏过程传热、传质和流动特性的影响。研究结果表明 ... En savoir plus
摘 要：稻谷籽粒在储藏过程中温度和水分随着仓外大气环境影响而改变，并导致其发生稻米颜色有白色变为黄色（黄变），并形成黄粒米。该研究基于COMSOL模拟的方法，模拟分析了浅圆仓仓储稻谷籽粒自然密闭储藏期间稻谷黄变规律。研究发现，当稻谷全年自然密闭储藏时，由于稻谷籽粒的呼吸放热，粮堆内部大部分区域温度都非常高，超过了35℃；同时，在粮堆内部形成空气的自然对流，引起粮堆内部水分向上部粮面迁移，并家具该区域的稻谷籽粒黄变的速度。另外，还对密闭储藏时不同高径比的浅圆仓南内部稻谷籽粒黄变规律进行了探究。研究结果为粮食仓储企业安全储粮提供参考和理论依据。 关键词：浅圆仓；自然储藏 ... En savoir plus
氢能燃烧值高且无污染，被认为是人类社会摆脱对化石能源依赖的理想能源。目前氢能应用的主要瓶颈是氢存储。而氢存储的主要方式中，金属氢化物因其安全性高，循环性能好的优点，得到广泛的研究。但由于金属氢化物吸放氢反应的热效应、粉末床的传热和传质特性较差等问题，贮氢罐的吸放氢速率下降，成为限制应用的主要因素。最近十几年，贮氢罐吸放氢过程的数值模拟及相关模型得到广泛的研究。通过数值模拟方法可以优化设计贮氢罐，以期满足实际应用中的需求，同时节约设计成本。本文面对贮氢罐的实际指标(吸氢速率1.5 L min-1)，采用COMSOL软件中的多孔介质传热、地下流动以及数学模块 ... En savoir plus
研究基于自主研发并已投入运行的超高纯氪氙分离低温精馏系统的实验数据，在 COMSOLMultiphysics 软件利用非等温流动和多孔介质中的稀物质传递模块建立极低浓度下波纹规整填料PACK-13C 的 REU 模型，利用化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气液物性，通过Delft模型计算得到气液间传质系数，利用传质通量边界和边界热源模拟气液界面上的传质传热现象，分析气液两相传热传质特性，研究极低浓度(<e-7 mol/mol)下的气液传质过程，并通过改变填料几何结构进行优化分析。 模拟结果显示REU模型能较为准确地表征填料液膜上的浓度变化 ... En savoir plus