發(fā)布時間：2022-08-02 20:02

　　PEM（質子交換膜）燃料電池是一種化學能轉換成電能的化學裝置。在能源日漸耗盡和空氣污染加劇的今天,燃料電池的作用在這樣的背景下顯得尤為重要。然而燃料電池的流場設計對其性能的影響至關重要,包括流場的形狀、流道的深度以及流場的開孔率。本文結合了Murray定理和分形理論的自相似原理設計了一種用于PEM燃料電池的六邊形流場,它與常見的流場不同之處是它的通道是由多個根據(jù)一定的排列方式的三棱柱脊組成的,而不是由長方體組成。利用畫圖軟件將所有要進行仿真分析計算的PEM燃料電池進行模型的建立,然后建立網(wǎng)格模型和邊界條件的設置,最后利用計算流體力學仿真工具進行結果的運算,在計算過程中,通過改變影響燃料電池性能因素進行分析,根據(jù)電池電壓和平均電流密度來繪制極化曲線,運算的結果通過專業(yè)的結果云圖處理軟件進行結果的處理與顯示。通過極化曲線來分析對比各種流場燃料電池的最高功率密度,通過電流密度分布云圖來分析各種流場燃料電池的電流密度分布的均勻情況。另外,并結合氧氣分布云圖、壓力分布云圖、膜中水含量分布云圖等綜合分析,對比出使PEM燃料電池的性能達到最佳狀態(tài)的流場形式和尺寸。文章的內容從多方位多角度分析了不同形... 

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 氫的制造與安全性
    1.2 PEM燃料電池
        1.2.1 PEM燃料電池的研究背景
        1.2.2 PEM燃料電池的構造
        1.2.3 PEM燃料電池的工作原理
        1.2.4 PEM燃料電池雙極板
    1.3 計算流體動力學簡介
    1.4 國內外研究現(xiàn)狀
    1.5 本章小結
第2章 基于Murray定理構造的PEM燃料電池流場
    2.1 Murray定理的概念
    2.2 PEM燃料電池常見流場
        2.2.1 平行流場
        2.2.2 蛇形流場
        2.2.3 交指型流場
        2.2.4 交叉流場
        2.2.5 仿生型流場
        2.2.6 新型結構通道
    2.3 構造的新型流場
        2.3.1 流場的設計準則
        2.3.2 六邊形流場
    2.4 本章小結
第3章 PEM燃料電池建模
    3.1 模型假設
    3.2 PEM燃料電池流體力學基本控制方程
        3.2.1 質量守恒方程
        3.2.2 動量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
        3.2.4 組分守恒方程
    3.3 PEM燃料電池電化學反應模型
        3.3.1 Butler-Volmer方程
        3.3.2 電流守恒方程
    3.4 PEM燃料電池質子交換膜中水的傳輸模型
        3.4.1 質子交換膜中濃度擴散水通量
        3.4.2 質子交換膜中壓差擴散水通量
        3.4.3 質子交換膜中電遷移的水通量
    3.5 本章小結
第4章 PEM燃料電池的流場建模與仿真分析
    4.1 PEM燃料電池的流場建模
        4.1.1 平行流場網(wǎng)格模型
        4.1.2 蛇形流場網(wǎng)格模型
        4.1.3 六邊形流場網(wǎng)格模型
    4.2 PEM燃料電池模塊
        4.2.1 設置PEM燃料電池模塊
        4.2.2 PEM燃料電池的邊界條件和求解計算
    4.3 平行流場仿真分析
        4.3.1 極化曲線
        4.3.2 氧氣濃度分布云圖
        4.3.3 膜中水含量分布云圖
        4.3.4 氣體流速分布云圖
        4.3.5 壓力分布云圖
        4.3.6 電流密度分布云圖
    4.4 蛇行流場仿真分析
        4.4.1 極化曲線
        4.4.2 氧氣濃度分布云圖
        4.4.3 膜中水含量分布云圖
        4.4.4 氣體流速分布云圖
        4.4.5 壓力分布云圖
        4.4.6 電流密度分布云圖
    4.5 六邊形流場仿真分析
        4.5.1 極化曲線
        4.5.2 氧氣濃度分布云圖
        4.5.3 膜中水含量分布云圖
        4.5.4 氣體流速分布云圖
        4.5.5 壓力分布云圖
        4.5.6 電流密度分布云圖
    4.6 本章小結
第5章 六邊形流場的優(yōu)化建模與仿真分析
    5.1 六邊形流場優(yōu)化前后的網(wǎng)格模型
    5.2 六邊形流場優(yōu)化前后的仿真結果分析
        5.2.1 優(yōu)化前后的極化曲線
        5.2.2 優(yōu)化前后的壓力分布云圖
        5.2.3 優(yōu)化前后的膜中水含量分布云圖
        5.2.4 優(yōu)化前后的電流密度分布云圖
        5.2.5 優(yōu)化前后的氣體流速分布云圖
        5.2.6 第三次優(yōu)化后的六邊形流場不同流道深度下的電流密度分布云圖
    5.3 六邊形流場優(yōu)化前后的分析結果討論
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果
致謝



本文編號：3669155