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1、如何有效地利用陰極反應(yīng)生成的水和加濕的反應(yīng)氣體對膜進行適當?shù)乃献饔?,并及時地排出陰極液態(tài)水,是提高質(zhì)子交換膜燃料電池性能的關(guān)鍵。作為氣體擴散層中一種典型的流動形式,交叉流能夠有效地排出陰極液態(tài)水。同時,由于氣體擴散層的疏水處理工藝,會導(dǎo)致其表面的接觸角分布不均勻。交叉流以及非均勻接觸角對氣體擴散層微觀結(jié)構(gòu)中液態(tài)水的傳輸過程均有影響,目前,與此相關(guān)的研究還很少。
本研究基于已經(jīng)開發(fā)的氣體擴散層真實微觀結(jié)構(gòu)的重建模型和VOF方法
2、,建立了一個三維、兩相流瞬態(tài)模型,研究接觸角(固定和漸變)、壓力差(毛細壓力)對交叉流在氣體擴散層微觀結(jié)構(gòu)中傳輸特性的影響。
研究結(jié)果表明,交叉流在氣體擴散層的傳輸過程中,會先通過一些容易滲透的孔隙,形成“毛細指進模式”;然后越來越多的液態(tài)水侵入到氣體擴散層中,填滿其余的大部分孔隙,形成“穩(wěn)定傳輸模式”。研究證實,對液態(tài)水的傳輸模式來說,壓力差比接觸角具有更顯著的影響。較高的壓力差和較小的接觸角能夠加快液態(tài)水的侵入過程,使交叉
3、流動過程達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間縮短;對于漸變接觸角工況,在垂直于流道方向的不同橫截面上,氣體擴散層表面的接觸角也不相同。在這些截面上,交叉流的傳輸特性與其在相對應(yīng)的固定接觸角工況下具有相同的變化規(guī)律;對于交叉流在氣體擴散層中的整個傳輸過程,漸變接觸角工況與其相對應(yīng)的固定接觸角中間值工況下的變化規(guī)律相似。當交叉流的傳輸過程接近結(jié)束時,達到規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)下,毛細壓力(壓力差)隨液態(tài)水體積分數(shù)的增加而增大,這個趨勢在液態(tài)水體積分數(shù)
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