PEM（質(zhì)子交換膜）燃料電池是一種化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)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(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)其性能的影響至關(guān)重要,包括流場(chǎng)的形狀、流道的深度以及流場(chǎng)的開孔率。本文結(jié)合了Murray定理和分形理論的自相似原理設(shè)計(jì)了一種用于PEM燃料電池的六邊形流場(chǎng),它與常見的流場(chǎng)不同之處是它的通道是由多個(gè)根據(jù)一定的排列方式的三棱柱脊組成的,而不是由長(zhǎng)方體組成。利用畫圖軟件將所有要進(jìn)行仿真分析計(jì)算的PEM燃料電池進(jìn)行模型的建立,然后建立網(wǎng)格模型和邊界條件的設(shè)置,最后利用計(jì)算流體力學(xué)仿真工具進(jìn)行結(jié)果的運(yùn)算,在計(jì)算過(guò)程中,通過(guò)改變影響燃料電池性能因素進(jìn)行分析,根據(jù)電池電壓和平均電流密度來(lái)繪制極化曲線,運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)專業(yè)的結(jié)果云圖處理軟件進(jìn)行結(jié)果的處理與顯示。通過(guò)極化曲線來(lái)分析對(duì)比各種流場(chǎng)燃料電池的最高功率密度,通過(guò)電流密度分布云圖來(lái)分析各種流場(chǎng)燃料電池的電流密度分布的均勻情況。另外,并結(jié)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(duì)比出使PEM燃料電池的性能達(dá)到最佳狀態(tài)的流場(chǎng)形式和尺寸。文章的內(nèi)容從多方位多角度分析了不同形... 

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(gòu)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介
    1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 本章小結(jié)
第2章 基于Murray定理構(gòu)造的PEM燃料電池流場(chǎng)
    2.1 Murray定理的概念
    2.2 PEM燃料電池常見流場(chǎng)
        2.2.1 平行流場(chǎng)
        2.2.2 蛇形流場(chǎng)
        2.2.3 交指型流場(chǎng)
        2.2.4 交叉流場(chǎng)
        2.2.5 仿生型流場(chǎng)
        2.2.6 新型結(jié)構(gòu)通道
    2.3 構(gòu)造的新型流場(chǎng)
        2.3.1 流場(chǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
        2.3.2 六邊形流場(chǎng)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 PEM燃料電池建模
    3.1 模型假設(shè)
    3.2 PEM燃料電池流體力學(xué)基本控制方程
        3.2.1 質(zhì)量守恒方程
        3.2.2 動(dòng)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(xué)反應(yīng)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(zhì)子交換膜中水的傳輸模型
        3.4.1 質(zhì)子交換膜中濃度擴(kuò)散水通量
        3.4.2 質(zhì)子交換膜中壓差擴(kuò)散水通量
        3.4.3 質(zhì)子交換膜中電遷移的水通量
    3.5 本章小結(jié)
第4章 PEM燃料電池的流場(chǎng)建模與仿真分析
    4.1 PEM燃料電池的流場(chǎng)建模
        4.1.1 平行流場(chǎng)網(wǎng)格模型
        4.1.2 蛇形流場(chǎng)網(wǎng)格模型
        4.1.3 六邊形流場(chǎng)網(wǎng)格模型
    4.2 PEM燃料電池模塊
        4.2.1 設(shè)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(jì)算
    4.3 平行流場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(jié)
第5章 六邊形流場(chǎng)的優(yōu)化建模與仿真分析
    5.1 六邊形流場(chǎng)優(yōu)化前后的網(wǎng)格模型
    5.2 六邊形流場(chǎng)優(yōu)化前后的仿真結(jié)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(chǎng)不同流道深度下的電流密度分布云圖
    5.3 六邊形流場(chǎng)優(yōu)化前后的分析結(jié)果討論
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果
致謝



本文編號(hào)：3669155