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氫燃料電池多物理過程建模與模擬/碳中和交通出版工程氫能燃料電池動力系統系列

  • 作者：編者:屈治國//王寧//張國賓//胡寶寶//塗正凱等|責編:王婕//何士娟|總主編:余卓平
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111742838
  • 出版日期：2024/01/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：360
人民幣：RMB 199 元      售價：元
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內容大鋼
    以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池在交通運輸、分散式能源等領域具有巨大應用潛力，其內能量轉換和熱質傳輸現象是一個典型的多尺度、多相流、多維度的電化學與熱物理耦合過程。本書首先介紹了質子交換膜燃料電池基本原理和相關的熱力學與電化學基礎知識；其次系統介紹了燃料電池涉及的膜電極、單電池、電堆和系統多個尺度層面的「氣-水-熱-電」輸運過程的模擬模擬方法，並對膜電極衰減過程建模模擬方法進行了探討；最後給出了一種電熱氫聯供系統的建模模擬方法。
    本書適合從事質子交換膜燃料電池熱質傳輸過程建模模擬技術研究、產品開發等相關學者和工程設計人員閱讀使用，還可作為高年級本科生和研究生課程參考教材，供能源動力、儲能、化工等相關學科的教師和學生使用。
作者介紹
編者:屈治國//王寧//張國賓//胡寶寶//塗正凱等|責編:王婕//何士娟|總主編:余卓平
目錄
叢書序
序
前言
第1章  緒論
  1.1  發展燃料電池的重大需求
    1.1.1  氫能在可再生能源體系中的重要作用
    1.1.2  燃料電池的發展歷程
  1.2  質子交換膜燃料電池的優勢及應用
    1.2.1  交通運輸領域
    1.2.2  分散式能源
  1.3  質子交換膜燃料電池工作原理
  1.4  質子交換膜燃料電池基本結構
    1.4.1  單電池基本結構
    1.4.2  電堆基本結構
    1.4.3  系統基本結構
  1.5  質子交換膜燃料電池關鍵問題及挑戰
    1.5.1  高功率密度
    1.5.2  高耐久性
    1.5.3  面向商業化應用的低成本
  1.6  質子交換膜燃料電池多物理過程建模與模擬
  參考文獻
第2章  燃料電池熱力學及電化學理論
  2.1  熱力學理論
    2.1.1  反應熱
    2.1.2  理論電功
    2.1.3  可逆電壓
    2.1.4  理論效率
    2.1.5  能斯特方程
  2.2  電池電壓損失與實際輸出電壓
  2.3  電化學理論
    2.3.1  反應動力學和反應速率
    2.3.2  巴特勒-福爾默方程
    2.3.3  塔費爾方程
  參考文獻
第3章  燃料電池多物理場宏觀模型及模擬
  3.1  燃料電池結構和物理過程介紹
  3.2  燃料電池三維兩相宏觀模型
    3.2.1  模型計算域選取
    3.2.2  控制方程
    3.2.3  邊界條件及求解方法
    3.2.4  燃料電池單流道模型影響特性
    3.2.5  基於單電池全尺寸模型的計算案例
    3.2.6  冷啟動過程以及三維宏觀模擬模型
  3.3  燃料電池一維宏觀模型
    3.3.1  控制方程
    3.3.2  初始條件與邊界條件
    3.3.3  模型耦合求解及驗證
    3.3.4  基於一維模型的燃料電池傳輸特徵分析實例
  參考文獻
第4章  燃料電池膜電極關鍵輸運過程模型及模擬

  4.1  質子交換膜結構及傳輸機理
    4.1.1  質子交換膜簡介
    4.1.2  質子交換膜宏觀特性參數
    4.1.3  質子交換膜微觀尺度模型
    4.1.4  分子尺度膜的建模模擬
  4.2  催化層內傳輸及建模模擬
    4.2.1  催化層結構及輸運過程簡介
    4.2.2  催化層微觀模型的應用
    4.2.3  催化層介觀模型的應用
    4.2.4  催化層宏觀模型的應用
  4.3  氣體擴散層內傳輸及建模模擬
    4.3.1  氣體擴散層結構及輸運過程簡介
    4.3.2  氣體擴散層數值重構
    4.3.3  氣體擴散層的VOF模型
    4.3.4  氣體擴散層介觀模型的應用
  參考文獻
第5章  電堆設計與模擬模擬方法
  5.1  燃料電池電堆設計的要素
    5.1.1  電堆基本結構
    5.1.2  電堆核心部件
  5.2  面向工程的燃料電池電堆設計方法
    5.2.1  設計思路
    5.2.2  設計實例
  5.3  燃料電池電堆等效網路模型與神經網路方法
    5.3.1  流體網路方法
    5.3.2  人工神經網路方法
  5.4  燃料電池電堆三維數值模擬方法
    5.4.1  三維全尺寸電堆模型
    5.4.2  包含風扇的電堆三維CFD模擬
  參考文獻
第6章  燃料電池系統模型及模擬方法
  6.1  燃料電池系統介紹
    6.1.1  燃料電池系統
    6.1.2  氫氣供應迴路
    6.1.3  空氣供應迴路
    6.1.4  冷卻迴路
  6.2  燃料電池系統建模思路
  6.3  系統級燃料電池堆模型
    6.3.1  電堆部件模型
    6.3.2  電堆部件局部模塊模型
  6.4  系統內輔助部件模型
    6.4.1  歧管模型
    6.4.2  空壓機模型
    6.4.3  氫循環裝置模型
    6.4.4  加濕器模型
    6.4.5  冷卻迴路模型
  6.5  基於盲端陽極的燃料電池系統模擬模擬
    6.5.1  全局系統模型構建
    6.5.2  輸入參數
    6.5.3  系統負載工況研究

  參考文獻
第7章  電堆性能衰減機制及其數值模擬
  7.1  燃料電池性能衰減機制概述
    7.1.1  開路/怠速工況下的性能衰減
    7.1.2  變載工況下的性能衰減
    7.1.3  啟動/停機工況下的性能衰減
  7.2  質子交換膜的化學降解模型
    7.2.1  自由基對質子交換膜的攻擊
    7.2.2  過氧化氫的生成與分解
    7.2.3  各組分的傳輸過程
    7.2.4  沉澱鉑對質子交換膜化學降解的影響
    7.2.5  傳統模型與改進模型的計算結果對比
    7.2.6  質子交換膜化學降解過程分析
  7.3  鉑催化劑的降解和鉑帶生成模型
    7.3.1  鉑催化劑的降解
    7.3.2  鉑帶的生成
    7.3.3  模型驗證
    7.3.4  影響鉑降解的主要因素和鉑帶生成過程分析
  7.4  水淹導致的碳腐蝕模型
    7.4.1  碳腐蝕動力學模型
    7.4.2  影響碳腐蝕的主要因素
  參考文獻
第8章  電熱氫聯供系統建模模擬研究
  8.1  電熱氫聯供系統介紹
  8.2  電熱氫聯供子系統建模
    8.2.1  太陽能光伏陣列模型
    8.2.2  鹼性水電解槽模型
    8.2.3  金屬氫化物儲氫模型
    8.2.4  燃料電池模型
  8.3  電熱氫聯供系統建模模擬
  8.4  離網運行下系統電、熱、氫動態性能分析
    8.4.1  用戶電熱負荷和太陽輻照條件
    8.4.2  系統控制策略
    8.4.3  系統動態性能—夏季
    8.4.4  系統動態性能—冬季
  8.5  離網運行下系統能量管理策略優化
    8.5.1  控制策略
    8.5.2  性能對比—夏季
    8.5.3  性能對比—冬季
    8.5.4  盈餘能量分析與最佳策略
  參考文獻
附錄

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