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多物理场耦合压滤式碱性电解槽性能特性分析

目录

内容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.2电解水技术发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

1.3压滤式碱性电解槽研究进展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

1.4多物理场耦合分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

1.5本文研究内容与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

压滤式碱性电解槽工作原理及数学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

2.1电解槽基本结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

2.2电解过程机理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

2.2.1阳极反应机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

2.2.2阴极反应机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

2.2.3离子传导机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

2.3电化学模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

2.3.1电极动力学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

2.3.2传质过程模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

2.4结构力学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

2.4.1膜电极组件力学行为．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

2.4.2压滤结构应力分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

2.5热力学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

2.5.1电解过程热效应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

2.5.2系统热平衡分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

2.6多物理场耦合模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

2.6.1耦合机理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

2.6.2耦合模型求解方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

多物理场耦合压滤式碱性电解槽数值模拟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

3.1模拟计算参数设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

3.1.1几何模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54

3.1.2材料参数选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55

3.1.3边界条件与初始条件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56

3.2电化学性能模拟分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57

3.2.1电流密度分布．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59

3.2.2电压电流特性曲线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60

3.2.3氢气、氧气生成速率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62

3.2.4膜电极组件中物质传输分布．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64

3.3结构力学性能模拟分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．66

3.3.1膜电极组件应力分布．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．68

3.3.2压滤结构变形分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69

3.3.3长期运行稳定性评估．．．．．．．．．．．．．．．．