燃料電池雙極板流場數(shù)值模擬及模型實驗研究.pdf

1、燃料電池是一種環(huán)境良好、高效的發(fā)電裝置，它可將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高，對環(huán)境無污染。在各種燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能低溫啟動，無電解液流失，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，已被公認(rèn)為電動汽車、區(qū)域性電站及航天器等的首選能源。 本文結(jié)合湖北省自然科學(xué)基金項目(2003ABA088)“質(zhì)子交換膜燃料電池流動與傳熱數(shù)值模擬及其性能優(yōu)化”及教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目

2、(20050497014)“PEM燃料電池中水的輸運機(jī)理及水管理研究”進(jìn)行。雙極板是燃料電池關(guān)鍵部件之一，它擔(dān)負(fù)著：(1)均勻分配電池發(fā)電所需的燃料與氧化劑，保證電流密度分布均勻，避免局部過熱；(2)使反應(yīng)所生成的水在反應(yīng)尾氣吹掃和夾帶下順利排除。故雙極板的流場結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得至關(guān)重要。本文旨在通過改變雙極板流道橫截面形狀，數(shù)值模擬和實驗研究不同橫截面形狀流道內(nèi)的壓力分布以及對多孔介質(zhì)滲透能力，為燃料電池雙極板設(shè)計提供參考。 作者通

3、過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)、分析燃料電池流場內(nèi)流動特性基礎(chǔ)上，從流動的角度提出了兩種優(yōu)化的流道形狀：半圓形橫截面流道和U形橫截面流道，并申請了一項國家實用新型專利(燃料電池曲線型截面槽道雙極板)，專利申請?zhí)枮椋?00520099369．4。采用CFD商用軟件CFX5．7．1對所提出的優(yōu)化流道和目前通用的矩形流道進(jìn)行三維流動數(shù)值模擬，比較半圓形截面槽道、U形截面槽道、矩形截面槽道的壓力分布以及通過擴(kuò)散層的流量。模擬結(jié)果表明：半圓形截面槽道的