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作品名称：流场驭碳——膜电极气体流场形状创新设计
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：流场驭碳队
队伍编号：212538
参赛学生：张煜梓秦志鑫孙震东
指导老师：周晋苗智超
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

“流场驭碳”聚焦CO₂电化学还原技术工业化痛点，以膜电极气体流场结构优化为核心，为碳减排与资源转化提供高效解决方案。

全球工业化下CO₂排放严峻，碳减排已成共识，能将CO₂转化为高价值产品的电化学还原技术潜力巨大。但该技术工业化的核心瓶颈在膜电极，其气体流场设计直接影响CO₂转化率与系统稳定性，传统单蛇形流场存在痛点，严重制约技术落地，这正是项目的攻关方向。

针对痛点，我们创新设计三类差异化流场，覆盖不同场景：

(1) 平行流场：以极简直流道为优势，流动阻力与系统压降最低，加工和控制成本低。作为经济易实现的方案，可满足低负荷工况的基础研究验证，为技术落地提供低成本选择。

(2) 双轨道多蛇形流场：通过双通道蜿蜒分流，保留良好气体传质能力，同时优化反应界面压力分布与液态水排出效率，平衡“高反应速率”与“长期运行稳定性”，是中型CO₂转化生产线等实用化场景的理想折中方案。

(3) 四轨道多蛇形流场：流道精细分区，构建均匀气体分布网络，提升电极界面稳定性，抑制积水影响。针对大规模碳转化工厂等工业级连续生产，能提供高产物选择性与设备运行寿命，满足高端应用对稳定性与效率的要求。

为保障设计科学可落地，我们构建完整研发验证链路：先以控制变量法计算分析，精准设计流场平面图；再做精细三维建模，从侧、正、上多视角优化细节；最后通过3D打印实体化模型，开展液体模拟实验——用不同颜色液体模拟气体流动，直观呈现各流场的流动差异与优势，让理论数据转化为可观察现象，为工业化应用提供实验支撑。

综上，“流场驭碳”通过流场创新设计与验证，助力CO₂转化为有用资源，为“双碳”战略提供关键技术路径，推动碳减排技术从实验室走向工业生产线，兼具技术价值与社会意义。