船用燃料电池技术初探

第３９卷　第３期　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．３　２０１５年６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊｕｎ．２０１５　（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　船用燃料电池技术初探＊　叶伟强　宋艳琼　（广州航海学院海运系　广州　５１０７２５）　摘要：总结了各种燃料电池及其潜在的船舶应用，并将燃料电池的特点和性质在效率、功率密度、　排放等方面与传统的能源系统进行比较，例如，柴油发动机和燃气涡轮机．同时指出燃料电池应用　于船舶的主要问题，并指导选择适当的燃料与氢能．案例研究表明．燃料电池堆可应用于船舶推进　系统，燃料电池优良的排放性能有利于新技术在环境敏感的区域使用，同时要特别关注可用燃料　的适用性、瞬时响应和安全可靠性．　关键词：电池堆；新技术；案例分析；能量转化效率　中图法分类号：Ｕ６６４．８　ｄｏｉ：１０．３９６３　ｉｓｓｎ．２０９５—３８４４．２０１５．０３．０４７　０　引　言　２个电极（阳极燃料和阴极氧化剂），它们是被电　解液隔开和被连接在外部的导电电路．电极接触　目前船舶推进市场主要份额仍然由柴油发动　到气体或液体流向电极提供燃料或氧化剂．电极　机主宰，占据了功率和设备容量的９５　．燃气轮　经由一个多孑Ｌ结构渗透到气体或液体，而电解液　机在过去的几十年里也曾占据航运市场的重要地　应具备尽可能低的透气性ｌ＿１］．　位．由于燃料电池的局限性，其开发和应用对于　燃料电池可根据使用的离子导体（电解质）　商用水面船舶来说相对滞后，即使相比于潜艇的　的类型和操作的温度范围进行分类，见图１．碱性　不依赖空气的推进系统（ＡＩＰ）也是如此．　燃料电池（ａｌｋａｌｉ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ，ＡＦＣ），使用碱性氢氧　文中总结各种燃料电池的特点和发展现状，并　化钾作为燃料电池的电解液，其长期用于美国宇　在效率、功率密度、排放等方面对比用于各种不同　航局的航天领域．在质子交换膜燃料电池（ｐｒｏｔｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ，ＰＥＭＦＣ）和磷酸燃　类别船舶的柴油发动机和燃气涡轮机．作为一个案　料电池（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ，ＰＡＦＣ），氢燃料　例研究，提出由燃料电池驱动的船舶推进系统．　解离成自由电子和质子（正的氢离子）．氢质子通　过电解质迁移到阴极．在阴极，氧气来自于空气，　燃料电池及其发展　来自外部电路的电子与质子结合成水和热．所有　这３种类型都是低温燃料电池．　燃料电池是一种发电装置，化学反应物的自　高温燃料电池，例如，固体氧化物燃料电池　由能源被转化为电能．化学反应的吉布斯自由能　（ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ，Ｓ０ＦＣｓ）和熔融碳酸盐　变化相关的电池电压如下：　（ｍｏｌｔｅｎ　ｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ，ＭＣＦＣ）是有特别价　△Ｇ一一ｎＦＡＶ。　（１）　值的，因为在高温下的操作允许使用天然气作为　式中：　为参与反应的电子数；Ｆ为法拉第常数；　燃料和混合动力概念，涉及燃料电池和燃气轮机．　。为热力学平衡在无电流时电池电压．　整个系统可以显著提高效率．操作温度１　０００℃　所有燃料电池的基本结构是相似的：电池有　（传统、电解液支撑型设计），７００℃（中间温度，　收稿日期：２０１５－０３—１９　叶伟强（１９６３一）：男，硕士，副教授，主要研究领域为能源动力与轮机新技术应用　广东省青年创新人才类项目资助（批准号：自然科学类２０１４２３２）　・　６６８　・　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　２０１５年第３９卷　电池．燃料电池系统应用于电气设备时，可以很方　便增加其容量大小，以匹配负载的要求．　５）燃料选择的多样性燃料电池可选用多种　燃料，如纯氢、天然气、甲醇、石脑油、液态烃燃料、　煤气甚至生物质衍生燃料．低温燃料电池质子交换　膜燃料电池（如ＰＥＭＦＣ）需要非常纯粹Ｈ。（导致在　改良上非常困难），而高温燃料电池（如ＳＯＦＣ）￣ｔＪ对　燃料要求较低，可以直接使用天然气．　６）操作、维护成本低　与内燃机相比，燃料　电池操作简单，甚至可以无人操作．无需润滑油，　运行和维护成本低于柴油发动机．　４　船用燃料电池应用的主要问题和　障碍　在商用水面船舶上应用燃料电池的主要问题　有：资金和运营成本、燃料供应和转化、技术完善、　安全和船舶入级问题等．　推广新技术有相对高的成本，这是燃料电池　不能得到广泛商业应用的主要障碍之一．而且，燃　料电池技术还没有成熟，它正与成熟有效可靠的　技术进行竞争．因为传统热动力技术用的配套服　务和基础设施已经比较发达且广为接受，物流和　经济方面的考虑一直促使船东运营由柴油机或燃　气轮机驱动的船舶，其使用重质燃油或船用燃油．　为了给电池阳极提供燃料，在船上可以装储纯　氢，也可以将碳氢化合物和目前的燃料转化．选择燃　料应满足如下共同要求：安全操作、易于转化、易于　补充和价格便宜．各种燃料的性能比较见表４ｌ　．　表４各种供给燃料的比较　＊单位体积／质量表环升或千克每千克氯．　由于柴油获取方便，且价格相对较低，燃料的　转化技术在航运业应用中取得突破性进展，特别　是对航行时间长和跨洲航行的水面商船，关键的　挑战是开发一个能有效工作的转化器，和开发稳　定的催化剂用于降低水碳比率和脱硫．　另外，船用燃料电池还需考虑安全和监控问　题．例如，燃料电池堆和相关组件中单点故障的危　害不应导致动力的完全丧失．电池堆里单模块或　不能修好的电池堆应该能隔离开，且不影响剩余　电池堆的运行．　设计和开发的燃料电池已经用于陆上，船用　时还需考虑与海洋环境有关的特定问题，包括海　洋空气和水中的盐分、震动撞击及腐蚀等问题，以　及在艰苦海况中的耐用性和性能表现．船舶操纵　中负荷的突然改变或大负荷改变引起的温度变　化，燃料电池对这些突变如何反应还需深入研究．　５　案例研究　几乎所有的燃料电池开发工作都集中在陆上　应用，燃料电池在船用领域的开发十分有限．美国　海岸警卫队对燃料电池应用于小型艇进行了研　究，如四台柴油发电机组，直流电动机驱动的　ＣＧＣ　Ｖｉｎｄｉｃａｔｏｒ艇、单体船．对其结构、电气、燃　料供给、排气管理和其他组件作相应变动，移走柴　油发电机组，安装４台熔融碳酸盐燃料电池组　（６２５　ｋｗ／每堆，总共２．５　ＭＷ）．一台燃料转化器　将符合ＮＡＴＯ标准的低硫Ｆ一７６柴油转化成氢和　二氧化碳．　从已有的研究案例可知，低温燃料电池堆　（ＰＥＭＦＣｓ）在效率方面有优势，而ＳＯＦＣｓ有潜力　超过现有最好的柴油机或燃气轮机，见图２．另一　方面，使用同样燃料（ＮＡＴＯ　Ｆ－７６柴油），燃料电　池的能量密度略高于柴油机，但还赶不上高功率　燃气轮机．　７５　Ａ一低速柴油机＋发电机　谆６ｏ　较　薹　豁＿　磐　唰４５　槎　图２不同技术的能量转化效率比较　针对某船预定的燃料电池动力装置开发的计　算机仿真程序，用来预测燃料电池动力装置运行　和电力分配．对复杂的电池动力装置进行简化建　模，某船燃料电池系统原理图见图３．　系统由燃料电池堆、反应物控制单元、逆变器　和必要的能量、电力输送组件组成．燃料电池堆是　关键部分，用来产生电能．中温固体氧化物燃料电　池堆（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ，ＩＴＳＯＦＣ）用来作为案例研究，它基于最新　第３期　叶伟强，等：船用燃料电池技术初探　・　６６９　・　ｒ　ｌ！皇　銮鎏　Ｊ川．Ｉ　ｌＩ—一　电力供应　—　鏊　匪　图３某船燃料电池系统原理图设计　开发的燃料电池材料，能够在６０Ｏ～７００℃温度下　运行．在这个新开发的燃料电池中，使用了复合盐　陶瓷电解质，安装的电极基于氧化物复合材料，固　体氧化物复合材料（ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ＳＯＣ）　内含镍基氧化物和氟化物．一些氟化物具有催化　剂的重要作用，有助燃料转化为碳氢化合物．ＳＯＣ　电极有高效催化剂的功能，这使得ＩＴＳＯＦＣ能够　在宽的气体组分和温度范围内运行，充分展现了　电池的高性能［７］．反应物控制单元能提供适合的　燃料／氧化剂（通常是氧气）给燃料电池阳极／阴　极，它可配有必需的热／水平衡装置（如各种热交　换器）．逆变器将直流变成交流．总的来说，监控系　统可以用来监控燃料／空气流动、水平衡、燃料利　用、温度、压力和电力／能量负载平衡等，　此案例燃料电池堆的性能分析结果见图４．　通过ＩＴＳＯＦＣ的数值仿真模型去评估其性能，如　电压一电流曲线，功率一电流曲线，热／气平衡等［８］．　≥　＼　槲　雷　磐　电池堆电流／Ａ　图４　ＩＴＳＯＦＣ电池堆性能　此案例用生物质气（或生物燃料）做燃料，气　体组成是ＣＯ（３０　）＋ＣＯ　（１０　）＋Ｈ　（５０　）＋ＣＨ　（１０％）．电池堆能够提供２４　Ｖ、　１　ｋｗ交流电能（例如，１．１　ｋＷ直流电能，如在本　研究中变换器效率为９０　）．当电流密度在２００　９５０　ｍＡ／ｃｍ　内时，此电池堆单元电压在０．５～　０．７　Ｖ之间．如０．６　Ｖ电压作为运行电压（测试　时，相应电流密度为６０６　ｍＡ／ｅｍ　），这时电池堆　内有４Ｏ个电池单元，每个电池单元有０．００８　ｍ　有效工作面积来产生所需的电能．电池堆工作参　数和预测性能见表５．从表５可看出，电能的能量　转换效率为３４　，而在有废热发电装置回收废热　时，可以达到６４　．值得注意的是，燃料的利用率　（电池内反应的燃料量／进人电池的燃料量）可假　定为７０　．　表５　ＩＴＳＯＦＣ参数和预测性能　电池堆参数　数值　电池堆额定功率／ｋＷ　１　燃料成分　ｃ　：　）＋＋　＋　电池堆额定电压／Ｖ　２４　电池堆电流／Ａ　４６．３　电池堆温度／℃　７００　压力／ＭＰａ　０．１　燃料电池能量密度／（ｍＷ・ｃｍ　）　３６４　燃料电池电流密度／（ｍＡ・ｃｍ　）　６０６　电池堆燃料消耗量／（ｋｇ・ｓ＿１）　１．ｚ２×１０　效率（不带／带废热发电）／　３４／６４　ＩＴＳｏＦＣ和ＰＥＭＦＣ电池堆的性能参数见图　５［。］，两者额定功率均为１　ｋＷ，但分别用生物燃料　和氢做燃料．从图中可以看出，使用碳氢化合物做　燃料的ＩＴＳｏＦＣ电池堆效率更高．　２　ｌＯＯ　；　１　２００　牟！｝９００　６００　３００　０　电池堆电流／Ａ　图５　ＩＴＳＯＦＣ和ＰＥＭＦＣ电池堆功率对比图　６　结束语　相对于传统的柴油机，燃料电池有特定优势．　然而至今，大部分工作都是致力于陆用开发，如　ＳＯＦＣ用于电站，ＰＥＭＦＣ用于运输工具．再者，有　限的船用也主要是集中在军用相关领域．目前只　有诸如瑞士、德国和美国等几个国家应用于小型　船，特别是应用于游艇［１　．　船用燃料电池新技术的应用案例研究表明，　需要设计和开发未来航运需要的燃料电池，特别　是用于水面商用船舶的．这样，很多船舶可以把燃　料电池当作可用的能量来源，从而广泛应用于客　船、渡轮、集装箱船和储气船口　．燃料电池有卓越　的排放性能，有利于在环境敏感的区域使用，然　而，在瞬时响应和可靠性、安全性方面，还有待更　加深人的研究．　参考文献　［１］汪灿，刘宁，石　敏．固体氧化物燃料电池电解质　材料的研究进展ＥＪ７．材料导报，２００４（２）：２６４—２６７．　［２３　ＹＵＡＮ　Ｊ，ＦＡＧＨＲＩ　Ｍ，ＳＵＮＤＥＮ　Ｂ．Ｏｎ　ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　ｍａｓｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｉｎ　ｐｅｍｆｃ　ａｎｄ　ｓｏｆｃ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ［Ｍ］．ＷｌＴ　Ｐｒｅｓｓ。２００４．　［３］ＳＡＴＴＬＥＲ　Ｇ．ＰＥＦＣｓ　ｆｏｒ　ｎａｖａｌ　ｓｈｉｐｓ　ａｎｄ　ｓｕｂｍａｒｉｅｓ：　・　６７０　・　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　２０１５年第３９卷　ｍａｎｙ　ｔａｓｋｓ，ｏｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，１９９８，　７１：１４１－１４９．　Ｅ７］ＺＨＵ　Ｂ，ＢＡＩ　Ｘ　Ｙ，ＣＨＥＮ　Ｇ　Ｘ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｂｉｏｍａｓｓ－ｆｕｅｌｌｅｄ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓ．（Ｓ０３６３—９０７Ｘ），２００２，２６：５７－６６．　［４］ＳＡＴＴＬＥＲ　Ｇ．Ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ｇｏｉｎｇ—ｏｎ　ｂｏａｒｄｌ－Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０００，８６：６１－６７．　［８］ＹＵＡＮ　Ｊ，ＺＨＵ　Ｂ，ＳＨＡＨ　Ｒ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｂｉｏ—ｆｕｅｌｌｅｄ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｓｔａｃｋ［ｃ］∥Ｓｅｃｏｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｅｎｇｉ—　ｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦｕｅｌｃｅｌＩ＿　ｒ一１，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，　ＮＹ，ＵＳＡ，２００４：８－２３．　［５］ＢＯＵＲＮＥ　Ｃ，ＮＩＥＴＳＣＨ　Ｔ，ＧＲＩＦＦＩＴＨＳ　Ｄ．Ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｈｉｐｓ，ＥＴＳＵ　Ｆ／０３／００２０７／　ｏ０／００（ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｐｏｒｔ）［Ｒ］．Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ　Ｓｔｒａｔｅｇｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００　１．　Ｅ６３　ＢＯＲＧＮＡＫＫＥ　Ｃ，ＳＯＮＮＴＡＧ　Ｒ　Ｅ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙ－ｎａｍｉｃ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｍ］＿Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．。１９９７．　［９３　ｓＣＨＭＡＬ　Ｄ。ＫＩ　ＵＩＴＥＲＳ　Ｃ　Ｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｄｅ　ｎｏｒａ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｒｕｅ１　ｃｅｌｌ　ｓｔａｃｋ　ｏｆ　１　ｋｗ　ｆｏｒ　ｎａｖａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉ０ｎｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，１９９６，６１：２５５—２５７．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｍａｒｉｎｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ＹＥ　Ｗｅｉｑｉａｎｇ　ＳＯＮＧ　Ｙａｎｑｉｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０７２５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｂｒｉｅｆ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｍａｒｉｎｅ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｙｓ—　ｔｅｒｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｓ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｂａｒｒｉｅｒｓ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｔｏ　ｍａｒｉｎｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ．Ｆｕｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｒｅ　ａｄｄｒｅｓｓｅｄ．Ｂｙ　ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｓｔａｃｋ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａ　ｓｈｉｐ　ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｅｍｉｓ—　ｓｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ　ｓｅｎｓｉ—　ｔｉｖｅ　ａｒｅａｓ．Ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｐｒｏｈｌｅｍｓ　ｔｏ　ａｄｏｐｔ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｖａｉｌａ—　ｂｌｅ　ｆｕｅｌｓ，ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ／ｓａｆｅｔｙ　ｃｏｎｃｅｒｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｃｋ；ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃａｓｅ　ａｎａｌｙｓｅｓ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ　ｏ川ｏ　ｏ　ｏｏ　ｏ……ｏ●ｏ　ｏ㈣……ｏ…０ｏ●０ｏ●０ｏ●０ｏ．。。●Ⅲ００●０ｏ●０ｏ●ｏ０●ｏ０●００●ｏ０◆０Ｏ●ｏｏ◆０ｏ●０ｏ●０ｏ●０ｏ●０ｏ●００●ｏｏ●ｏ０●ｏＯ●ｏ０●ｏｏ●ｏＯ●ｏｏ●０ｏ●ｏｏ●０ｏ●ｏｏ●０　（上接第６６５页）　［７］同济大学３Ｄ３８研发组．３Ｄ３Ｓ基本操作手册及原理　［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｔｉ３ｄ３ｓ．ｃｏｍ／ｄｏｃｃＪｐｒｏｄ～　ｕｃｔｓ４．ａｓｐ．　（１）：１０１－１０４．　［９３张慎，杜新喜，李强波．基于ＯｂｊｅｃｔＡｒｘ的多高层钢　框架ＣＡＤ系统研究Ｉ－ｊ－］．武汉理工大学学报：交通科　学与工程版，２００８，３２（１）：１０７—１１Ｏ．　［８］骆顺心，杜新喜，常时峰．基于ＯｈｊｅｃｔＡｒｘ的空间钢结　构ＣＡＤ软件［Ｊ］．武汉大学学报：工学版，２００７，４Ｏ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ　Ｆａｃｅ　ｉｎ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｌａｔｔｉｃｅ　Ｓｈｅｌｌ　ｏｆ　Ｆｒｅｅ　Ｆｏｒｍ　Ｓｕｒｆａｃｅ　ＬＩＮ　Ｓｈｉｋａｉ　ＤＵ　Ｘｉｎｘｉ　ＹＡＮ　Ｙａｎ　ＣＨＥＮＧ　Ｘｉａｏｙａｎ　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏｗａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｉｎｐｕｔｔｉｎｇ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ａｄｊ　ｕｓｔｉｎｇ　ｂｅａｍ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｈｉｌｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　１ａｔｔｉｃｅ　ｓｈｅｌｌ　ｏｆ　ｆｒｅｅ　ｆｏｒｍ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｆａｃｅ　ｃｌａｓｓ　ｗａｓ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｂｙ　Ｃ＋＋ａｎｄ　ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ．Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｆａｃｅ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ　ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｆａｃｅ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ＣＡＤ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｃｏｏｌ—　ｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ，ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ　ｉｎｐｕｔｔｅｄ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ａｄｊ　ｕｓｔｅｄ　ｂｅａｍ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｆａｃｅ　ｃａｎ　ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｏｂｊ　ｅｃｔＡＲＸ；ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｆａｃｅ；ｆｒｅｅ　ｆｏｒｍ　ｓｕｒｆａｃｅ；１ａｔｔｉｃｅ　ｓｈｅｌｌ