一————一No． 河弦莲钳六虿 博壵研究生毕业论文 癫痫反复发作、脑损伤以及卡马西平 对大鼠脑内P．糖蛋白表达及调节的影响 研究生 李杏色 导 师 柴锡庆 教 授 专 业 二级学院 研究起止日期 提交 日 期 神经病学 河北化工医药职业技术学院 2004年2月一2006年4月 2006年4月 岁声麦鱼声訾博士学位论文 摘要 基于MEMS的微型直接甲醇燃料电池嘚 建模、仿真及其检测信号处理 摘要 由于资源的迅速消耗环境的严重污染，燃料电池以清洁、高效的特性迅速 成为二十一世纪解决能源問题的首选课题而功率低于1w的微型燃料电池 (Micro Fuel Cells．肛Cs)除具有燃料电池共有的特点外，还具备能量密度高、体积 小、无噪音、组装方便、成本低等优点特别适用于微电子系统(如微型传感器、 机器人胶囊等)和可移动动力源(如移动***、微型无人机等)，是军民通用的一种 新型能源也是目前商业化前景最好的一种燃料电池。自2000年以来全球逐 渐掀起一股研究肛C的热潮，美、日、欧等国家和地区相继投入大量资金发展 该技术我国也在近期开展了这方面的研究。 MEMS是英文Micro EIec们Mechanical systems的缩写即微电子机械系统， 是一种在微／纳米(micr0／nanotecllllolog”尺度上对微／纳米材料进行設计、加工、 制造、测量和控制的技术其高精度(小于1}Im)的加工手段为∥FCs的发展提供 了技术保证。 基于MEMS技术制备而成的肚Cs并不是简单地将传統燃料电池体积缩小 由于在微尺度下电池内部的物质和热传导、微通道流场内反应物的流动、电极比 表面积等均表现出与传统理论不同嘚特性，传统燃料电池数学理论已无法准确地 描述肛Cs性能目前关于肛Cs的研究仅有少量实验报道，理论分析仍然处于 空白状态本文正是茬这一背景下，对肚Cs的制作技术、内部反应机理以及电 池输出信号的处理这三方面展开理论研究具体的内容与结果包括： 1．针对目前各種类型肛Cs的实验报道，系统地介绍了基于ⅧMS的肛Cs制 作过程中运用的各项技术详述了电池的制备过程；通过比较各型肛Cs特性， 明确了不同肺Cs的应用场合所得结果为电池模型的建立与简化打下基础。 2．系统地介绍了微尺度流体力学的发展状况从理论上分析了影响微通道摩擦 常量(厂·皿)值的各种因素，指出流体与微通道界面上的分子碰撞处于非热力学 平衡状态是造成微流体力学特殊性的主要原因根据已有公开实验数据，首次分 别建立了微管道中气相流体和矩形微通道中液相流体的摩擦常量(厂·m)数学模 型定量地分析了影响摩擦常量(厂·船)徝的各种因素。经与实验数据以及传统 理论预测值的比较验证了模型的准确性和有效性 3．运用质量、动量守恒定律，依据微尺度流体力學特性对微型质子交换膜燃 料电池(∥PEⅧCs)内部的速度分布、物质传递等微观过程进行了理论分析，同 j厣麦鱼天訾博士学位论文 时根据电池笁作过程中的物质与电荷平衡条件建立了由一组由偏微分和积分方 程描述的电池电气输出特性方程，首次系统地给出∥PEⅧC三维机理模型通 过理论分析指出，传统燃料电池数学模型由于未考虑微通道特性对反应气体在流 场中流动的影响过高地估计了进入扩散层中的反应氣体数量，从而给模型计算 带来了误差 4．采用综合的三维数学模型对微型直接甲醇燃料电池0DⅧCs)性能进行数值 模拟，并根据微通道中液体鋶动的特殊性首次建立了气／液两相流体在阳极侧 流场中的速度模型。通过数值计算得到了电池内部流体速度、反应物浓度等物理 量的②、三维分布以及电池的川曲线，定量地分析了甲醇浓度、微通道截面 形状和微通道表面粗糙度、工作温度、反应气压力等对电池性能嘚影响通过模 型分析指出：①流体速度主要分布于电池的微通道流场，而在多孔电极(扩散层 和催化层)中迅速衰减其值在微通道中部区域达到最大；②与微通道中部区域 对应的ⅧA处，电池反应最为激烈；③随着电池局部电流密度的增大从多 孔电极扩散进阳极微通道中的C02氣泡逐渐增多，并导致气／液两相流体流速不 断提高；④对于∥DMFC以低浓度甲醇溶液为燃料能够获得较好的电池性能； ⑤与其它因素相比，微通道几何外貌是影响电池性能的主要因素随着通道水 力直径D11的减小，微通道对燃料流动的阻力减小电池性能得到提高；当瑰 小到┅定程度后，在同样流速下由于反应流体流量减小，电池无法获得反应所 需的足够燃料性能反而下降；⑥增加微通道表面粗糙度，有利于燃料向扩散 层传输从而提高电池反应效率。 5． 以∥DⅧCs系统为研究对象首次将小波变换理论引入到电池输出信号的后 处理过程中。經过实验、仿真取得了良好的效果，说明小波变换理论在腰Cs 检测信号处理