2022-11-08
新工科毕业设计项目指导教师及学生申报通知（氢燃料电池无人机动力系统设计与优化研究）
一、项目背景
氢燃料电池具备清洁无污染、能量密度高、动态响应好等优势，被视为作为无人机动力源的重要技术。本课题旨在通过导师指导和团队协作的方式，共同开发建立高性能氢燃料电池无人机动力系统，过程中让同学们了解更多氢能和燃料电池技术，参与仿真建模和实验测试的开发和实践过程，最终完成氢动力无人机样机的任务。
二、选题方向及任务
方向1： 氢燃料电池多孔电极仿真与测试研究（指导教师：樊林浩）
研究内容： 调研氢燃料电池目前的新型电极结构，建立多孔电极反应性能和物质传输的仿真模型，能够预测微观电极内部的动态特性。开展氢燃料电池多孔电极制备和测试研究，结合仿真模型，提出氢燃料电池多孔电极结构优化设计，提升燃料电池的性能。
招募学生要求：机械学院或化工学院相关专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向2：氢燃料电池梯度有序扩散层结构特性与设计研究（指导教师：刘智）
研究内容：通过湿法成形的方法制备不同结构的梯度有序扩散层，采用四探针法测量具有不同结构扩散层碳纸导电性。研究在无人机运行工况下，工作温度、湿度等条件下扩散层孔隙梯度结构对电池内部水分布及电池输出性能的影响规律，分析给出扩散层微观结构优化建议。
招募学生要求：机械学院或化工学院相关专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向3：氢燃料电池流场结构特性与设计研究（指导教师：杜青）
研究内容：设计氢燃料电池阳极和阴极流场，组装适用于无人机的氢燃料电池，开展极化曲线测试和电化学阻抗分析，针对不同装配扭矩、工作温度、供水流量及不同流场设计等因素，探究流场的不同结构参数对无人机运行环境下的电池水热管理影响，并通过表面处理，优化流场局部结构等方式，提升应用于电池性能。
招募学生要求：不限专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向4：开放式阴极氢燃料电池全电池仿真与水热管理（指导教师：焦魁）
研究内容：建立适合于无人机用的开放式阴极氢燃料电池全电池三维CFD仿真模型，基于内部热质传输和电化学反应过程，充分考虑氢燃料电池的物理结构设计、电解结构参数设计、运行操作工况的影响。预测不同参数条件下氢燃料电池性能，与实验结果对照验证模型有效性，进而设计开放式阴极流场结构，为无人机用氢燃料电池设计提供技术支撑。
招募学生要求：不限专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向5：基于人工智能算法的氢燃料电池性能衰减与剩余寿命估计研究（指导教师：王博文）
研究内容：结合氢燃料电池实测的性能衰减数据，通过开展数据采集存储与分析，构建数据库。利用数据库并结合人工智能算法，开发数据驱动模型，并且深度结合电池内部的衰退机理，建立能够反映氢燃料电池剩余寿命预测仿真模型，为无人机用氢燃料电池的操作工况优化选取和剩余寿命预测提供理论支撑。
招募学生要求：智算学部相关专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向6：氢燃料电池动态性能仿真与测试（指导教师：王博文）
研究内容：调研无人机动力系统面临的运行工况，建立具有代表性的动力输出特性，建立氢燃料电池动态仿真模型，能够预测氢燃料电池在复杂变负载动态工况下的输出性能和内部物理特征。进而开展氢燃料电池样机测试，测试其在模拟无人机动力需求下的动态输出性能，结合仿真模型，对动态过程响应进行优化设计。
招募学生要求：不限专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）
方向7：氢动力无人机系统装配（指导教师：刘智）
研究内容：调研无人机动力系统研究现状，针对已有的氢燃料电池系统研究，选配合适的无人机型号并进行采购。理论计算无人机动力系统能量密度、动力特性、重量体积等各类参数并预估续航里程，开展氢动力无人机系统装配，包括氢燃料电池、储氢罐、电控系统等，形成氢动力无人机样机，进行调试和试飞等工作。
招募学生要求：不限专业
联系方式：王博文老师邮箱（wangbw94@tju.edu.cn）