铂族金属催化CO氧化反应速率变化的非线性分析与控制
发布时间：2021-04-21 11:21
一氧化碳（CO）催化氧化反应是化工和能源领域所涉及的一个重要反应,并且在军事、环保、安全等领域的应用也非常广阔,是几十年来基础研究的热点之一,其中以铂族金属充当催化剂进行催化氧化的情况较为常见。燃料电池在线制氢过程中,对于高耐CO的钌铂合金电极,要求将CO的含量控制在100ppm以内;对于铂基电极,CO的含量甚至需要控制在10ppm以内。但实际在线制氢过程中伴随生成的CO含量通常为数千ppm,这就需要对CO催化氧化反应的速率进行调控,以去除尽可能多的CO和尽可能少的H2。具体方式是通过反馈控制来改变反应组分数、温度等参数值,进而保证化学反应的高效进行。如何解决CO催化氧化反应过程的双稳定性、突变和迟滞等本质非线性属性造成的稳定性控制问题?这是一个亟待解决,并具有重要工程意义的问题。本文以拓扑学角度考察铂族金属催化CO氧化反应速率突变边界的宏观几何性质为切入点,通过理论上得出的CO催化氧化反应过程所遵循的拓扑学规律,初步分析了造成CO催化氧化反应速率发生巨大变化的突变和迟滞现象,并从函数分类的角度对这些现象进行分类,在这种整体分析框架的基础上,进一步开展了控制策略的研究。此外,本文从物理...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源和研究背景
1.2 研究的意义及面临的问题
1.2.1 CO催化氧化反应速率调控的必要性和调控自由度
1.2.2 CO催化氧化反应速率变化的双稳定性、突变和迟滞效应及调控中存在的问题
1.3 科学问题的抽象
1.3.1 CO催化氧化反应速率突变边界研究的奇异性理论
1.3.2 CO氧化反应速率突变、迟滞现象分类问题研究的离散数学理论
1.3.3 CO氧化反应速率突变控制问题研究的混杂系统理论
1.4 国内外研究现状
1.4.1 CO催化氧化反应过程的双稳定性、突变和迟滞问题研究
1.4.2 CO催化氧化反应的催化机理研究
1.4.3 CO催化氧化的影响因素研究
1.4.4 非线性分析方法研究
1.5 国内外研究现状的综合分析及本文研究的定位
1.6 本文主要研究内容
第2章 基于数据的铂族金属催化CO氧化反应速率突变边界建模的拓扑学方法
2.1 引言
2.2 CO催化氧化反应机理
2.3 CO催化氧化反应的本质非线性现象及建模问题
2.3.1 CO催化氧化反应速率变化的双稳定性、突变和迟滞现象
2.3.2 CO催化氧化反应速率突变边界的建模问题
2.3.3 CO催化氧化反应突变边界的实验数据
2.4 基于实验数据的CO催化氧化反应的突变边界拓扑学建模
2.4.1 提出确定模型结构的拓扑学方法
2.4.2 基于拓扑学模型结构的统计建模方法
2.5 本章小结
第3章 铂族金属催化CO氧化反应速率突变准则的解析分析
3.1 引言
3.2 CO催化氧化反应的机理模型与特性计算
3.2.1 CO催化氧化反应的机理模型
3.2.2 CO催化氧化反应的特性分析
3.3 CO催化氧化反应速率突变准则的解析推导
3.3.1 前期基于机理模型的拓扑学模型推导
3.3.2 突变准则解析表达式的推导
3.4 CO催化氧化反应速率突变、迟滞行为的分析
3.5 本章小结
第4章 基于逻辑运算的铂族金属催化CO氧化反应速率突变、迟滞现象的总体分类
4.1 引言
4.2 非线性系统突变、迟滞现象分类的数学方法
4.2.1 突变、迟滞行为变化中的相似性
4.2.2 几何相似性的离散数学表征
4.2.3 分类方法
4.3 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象的总体分类
4.4 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象分类结果的仿真验证
4.5 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象分类结果的物理化学机理分析
4.5.1 结合突变边界临界准则的突变、迟滞现象分类结果分析
4.5.2 各种突变、迟滞现象产生的结构稳定性机理
4.6 本章小结
第5章 CO催化氧化反应过程的切换控制策略与平滑切换方法
5.1 引言
5.2 CO催化氧化反应本质非线性效应对控制系统的影响
5.3 引入混杂系统切换控制的控制策略
5.4 CO催化氧化反应速率的切换控制策略
5.4.1 基于Min/Max规则的切换策略
5.4.2 基于积分初值重置的平滑切换技术
5.5 控制系统仿真结果
5.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲醇重整在燃料电池汽车上的应用研究[J]. 戴先逢. 时代汽车. 2018(05)
[2]Comparison of Synchronization Ability of Four Types of Regular Coupled Networks[J]. 王海侠,陆启韶,石霞. Communications in Theoretical Physics. 2012(11)
[3]铂族金属氧化过程中的簇发振荡及其诱发机理[J]. 李向红,毕勤胜. 物理学报. 2012(02)
[4]Bifurcation of elastic tank-liquid coupled sloshing system[J]. 钟顺,陈予恕. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2011(09)
[5]Swallowtail model for predicting the global bifurcation behavior of CO oxidation reactions[J]. CUI Tao1,TANG ShunLin1,ZHANG Lei2 & YU DaRen1* 1School of Energy Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China 2Pharmaceutical College,Heilongjiang University of Chinese Medicine Institution,Harbin 150040,China. Science China（Chemistry）. 2011(07)
[6]高维非线性动力学系统降维方法的若干进展[J]. 于海,陈予恕. 力学进展. 2009(02)
博士论文
[1]CuO-CeO2纳米催化剂界面结构调控及其CO选择性氧化性能研究[D]. 郭晓琳.浙江大学 2019
[2]超燃冲压发动机燃烧模态转换及其控制方法研究[D]. 曹瑞峰.哈尔滨工业大学 2016
[3]切换系统的反馈设计和性能优化[D]. 彭宇平.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的实验研究[D]. 罗昌金.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3151667
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源和研究背景
1.2 研究的意义及面临的问题
1.2.1 CO催化氧化反应速率调控的必要性和调控自由度
1.2.2 CO催化氧化反应速率变化的双稳定性、突变和迟滞效应及调控中存在的问题
1.3 科学问题的抽象
1.3.1 CO催化氧化反应速率突变边界研究的奇异性理论
1.3.2 CO氧化反应速率突变、迟滞现象分类问题研究的离散数学理论
1.3.3 CO氧化反应速率突变控制问题研究的混杂系统理论
1.4 国内外研究现状
1.4.1 CO催化氧化反应过程的双稳定性、突变和迟滞问题研究
1.4.2 CO催化氧化反应的催化机理研究
1.4.3 CO催化氧化的影响因素研究
1.4.4 非线性分析方法研究
1.5 国内外研究现状的综合分析及本文研究的定位
1.6 本文主要研究内容
第2章 基于数据的铂族金属催化CO氧化反应速率突变边界建模的拓扑学方法
2.1 引言
2.2 CO催化氧化反应机理
2.3 CO催化氧化反应的本质非线性现象及建模问题
2.3.1 CO催化氧化反应速率变化的双稳定性、突变和迟滞现象
2.3.2 CO催化氧化反应速率突变边界的建模问题
2.3.3 CO催化氧化反应突变边界的实验数据
2.4 基于实验数据的CO催化氧化反应的突变边界拓扑学建模
2.4.1 提出确定模型结构的拓扑学方法
2.4.2 基于拓扑学模型结构的统计建模方法
2.5 本章小结
第3章 铂族金属催化CO氧化反应速率突变准则的解析分析
3.1 引言
3.2 CO催化氧化反应的机理模型与特性计算
3.2.1 CO催化氧化反应的机理模型
3.2.2 CO催化氧化反应的特性分析
3.3 CO催化氧化反应速率突变准则的解析推导
3.3.1 前期基于机理模型的拓扑学模型推导
3.3.2 突变准则解析表达式的推导
3.4 CO催化氧化反应速率突变、迟滞行为的分析
3.5 本章小结
第4章 基于逻辑运算的铂族金属催化CO氧化反应速率突变、迟滞现象的总体分类
4.1 引言
4.2 非线性系统突变、迟滞现象分类的数学方法
4.2.1 突变、迟滞行为变化中的相似性
4.2.2 几何相似性的离散数学表征
4.2.3 分类方法
4.3 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象的总体分类
4.4 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象分类结果的仿真验证
4.5 CO催化氧化反应速率突变、迟滞现象分类结果的物理化学机理分析
4.5.1 结合突变边界临界准则的突变、迟滞现象分类结果分析
4.5.2 各种突变、迟滞现象产生的结构稳定性机理
4.6 本章小结
第5章 CO催化氧化反应过程的切换控制策略与平滑切换方法
5.1 引言
5.2 CO催化氧化反应本质非线性效应对控制系统的影响
5.3 引入混杂系统切换控制的控制策略
5.4 CO催化氧化反应速率的切换控制策略
5.4.1 基于Min/Max规则的切换策略
5.4.2 基于积分初值重置的平滑切换技术
5.5 控制系统仿真结果
5.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲醇重整在燃料电池汽车上的应用研究[J]. 戴先逢. 时代汽车. 2018(05)
[2]Comparison of Synchronization Ability of Four Types of Regular Coupled Networks[J]. 王海侠,陆启韶,石霞. Communications in Theoretical Physics. 2012(11)
[3]铂族金属氧化过程中的簇发振荡及其诱发机理[J]. 李向红,毕勤胜. 物理学报. 2012(02)
[4]Bifurcation of elastic tank-liquid coupled sloshing system[J]. 钟顺,陈予恕. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2011(09)
[5]Swallowtail model for predicting the global bifurcation behavior of CO oxidation reactions[J]. CUI Tao1,TANG ShunLin1,ZHANG Lei2 & YU DaRen1* 1School of Energy Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China 2Pharmaceutical College,Heilongjiang University of Chinese Medicine Institution,Harbin 150040,China. Science China（Chemistry）. 2011(07)
[6]高维非线性动力学系统降维方法的若干进展[J]. 于海,陈予恕. 力学进展. 2009(02)
博士论文
[1]CuO-CeO2纳米催化剂界面结构调控及其CO选择性氧化性能研究[D]. 郭晓琳.浙江大学 2019
[2]超燃冲压发动机燃烧模态转换及其控制方法研究[D]. 曹瑞峰.哈尔滨工业大学 2016
[3]切换系统的反馈设计和性能优化[D]. 彭宇平.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的实验研究[D]. 罗昌金.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3151667
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