背景介绍

氢能是来源丰富、绿色低碳和应用广泛的二次能源，正逐步成为未来能源绿色转型发展的重要载体之一，是现有能源形式的有益补充,也是未来能源体系的重要组成部分，因此电解氢气一直是能源工程领域的研究重点。

图1 制氢研究领域框图

研究内容

电解水制氢的高能耗是要解决的关键问题。在电解过程中施加磁场可以减少所需电能，因为磁流体动力对流可以在没有额外能量输入的情况下诱导电解反应。清华大学研究团队研究了电解槽、电极、磁场等应用于实际工程的问题。观测这种条件下电解槽中气液两相流的相关问题。并获得电解过程的清晰两相流图像。

图2 高速摄像观测系统组成示意图

由于电极表面附近有大量气泡，气泡的运动轨迹很难被清晰捕捉。因此,为了获得在外界磁场的冲击下的两相流清晰图像,必须避免气泡之间相互遮挡,实验采用千眼狼X113款高速摄像机（1280x1024@6800fps）拍摄。

研究结论

图3 在磁流体的作用下气泡的摆动

图4 Z轴方向气泡速度分布图

外部均匀磁场对线电极电解池中气液两相流的影响进行了实验和数值研究。实验结果表明，磁流体对流可以降低电池的电压。同时，一种特殊现象“气泡龙卷风”被清晰的观测到。

行业应用总结

在电化学、化学加工、催化反应等领域，经常会涉及到气泡观测，由于气泡的产生速度随反应的剧烈程度而不同，而研究者为了提升加工效率，反应速率，节省资源降低能耗，一般都会在可控范围内尽量提升反应速度，因此高速摄像机在研究中尤为重要，可以捕捉气泡产生和运动的信息，为研究者提供研究数据。

（文章来源于千眼狼高速摄像机）