質子交換膜燃料電池的流場結構優(yōu)化與新型流場研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCeU，PEMFC)具有功率密度高、能量轉換效率高、低溫啟動和無污染等優(yōu)點，所以是目前很有希望應用于便攜式電源、小型固定發(fā)電站、電動汽車等交通工具的動力電源，市場前景相當可觀。而目前的燃料電池還處于研究階段，它的一些機理和關鍵問題沒有解決，流場就是其中一個長期研究，但是仍然沒有最終解決的方面。 本文將針對燃料電池流場，通過計算流體軟件Fluent來進行模擬流

2、場結構及其尺寸的變化對電池性能的影響。 首先，描述質子交換膜燃料電池的三維數學模型，包括了流動、傳質、電化學反應和水傳遞等模型。然后建立幾種不同流道深度的單流道燃料電池幾何模型，運用Fluent軟件的PEM模塊分別對其進行模擬分析，研究流道深度對流場壓力分布、濃度分布以及電池性能的影響情況，得出流道深度為0．4mm左右時最佳的結論；接著，在固定流道高度為O．4mm的前提下，建立不同流道寬度和岸的寬度的比值的單流道燃料電池幾何模型

3、，分別對其進行數值模擬。結果表明，燃料電池岸的寬度不應該大于流道的寬度；綜合考慮電池性能和流場的壓降等因素時，尺寸比為l：1：1是燃料電池比較理想的流場尺寸比。 然后，在固定流道高度為0．4mm、流道寬度為0．8mm的前提下，建立5種不同截面形狀直流道的質子交換膜燃料電池模型，分別計算其電池性能，結果表明非變截面流道的燃料電池性能相差很小，而變截面流道的燃料電池性能相對要好得多。 最后，設計了具有分形特性的蜂窩狀流場質子

4、交換膜燃料電池模型，對其模擬后的結果表明，空隙率為50﹪時，蜂窩狀流場質子交換膜燃料電池性能最好。當空隙率相等時，蜂窩狀流場質子交換膜燃料電池性能隨著分形層數的增加而逐漸變好。但是隨著分形層數的增加，其壓降和加工的復雜度也極大的增加，因此對于不同的流場板而言，它都有一個適合自己的最佳分形層數，并非分形層數越大越好。 本文主要從計算機模擬的角度，來優(yōu)化設計質子交換膜燃料電池的流場。分別從流場結構形式、結構尺寸和采用新型流場等方面進