質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一個(gè)多物理場、多相和多尺度的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。電池在運(yùn)行過程中,反應(yīng)氣體從外界到反應(yīng)區(qū)域經(jīng)歷了流場-擴(kuò)散層-催化層等多尺度的傳輸過程。影響物質(zhì)傳輸以及電池性能的因素有很多,而擴(kuò)散層孔隙率和流場結(jié)構(gòu)也是其中的關(guān)鍵因素,并且成為了當(dāng)今科研工作者們關(guān)注的焦點(diǎn)。合理的擴(kuò)散層孔隙率結(jié)構(gòu)或流場結(jié)構(gòu)可以改善反應(yīng)氣體傳輸效率低、流道內(nèi)壓損大、電池“水淹”等問題,并起到改善PEMFC整體性能的目的。為了改善上述存在問題,基于多物理場耦合分析軟件,對擴(kuò)散層孔隙率和流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化研究,具體研究內(nèi)容如下:(1)擴(kuò)散層孔隙率對燃料電池內(nèi)的物質(zhì)傳輸以及整體性能的影響。針對直流道PEMFC,研究了孔隙率沿厚度、寬度和長度三個(gè)方向上變化的復(fù)合多孔擴(kuò)散層,綜合分析了三個(gè)方向上復(fù)合多孔擴(kuò)散層燃料電池的氧氣濃度分布、液態(tài)水濃度分布以及電流密度分布。結(jié)果表明:孔隙率沿三個(gè)方向變化的不同復(fù)合多孔擴(kuò)散層與孔隙率均勻分布(=0.5)的擴(kuò)散層相比,均不同程度地改善了擴(kuò)散層的物質(zhì)傳輸能力、排水能力,使電池獲得更好的性能。(2)新型流場結(jié)構(gòu)對燃料電池性能的影響。分別研究了在流道的軸線上均勻分布不同數(shù)量(...

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
        1.1.1 燃料電池的概述
        1.1.2 燃料電池的分類
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)
        1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
        1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)
        1.2.4 質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 擴(kuò)散層方面
        1.3.2 流場方面的研究
    1.4 課題研究的意義和主要內(nèi)容
        1.4.1 課題研究的意義
        1.4.2 本文主要內(nèi)容
第2章 PEMFC模型的建立
    2.1 模擬流程及方法
    2.2 流體力學(xué)模型
        2.2.1 質(zhì)量守恒方程
        2.2.2 動(dòng)量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
        2.2.4 組分守恒方程
    2.3 電化學(xué)反應(yīng)方程
        2.3.1 Bulter-Volmer方程
        2.3.2 電荷守恒方程
        2.3.3 反應(yīng)物的消耗和水的生成
    2.4 電極的極化
        2.4.1 開路電壓和極化曲線
        2.4.2 活化極化
        2.4.3 歐姆極化
        2.4.4 濃差極化
    2.5 本章小結(jié)
第3章 復(fù)合多孔擴(kuò)散層對PEMFC性能的影響
    3.1 仿真計(jì)算模型
        3.1.1 幾何模型
        3.1.2 模型的假設(shè)
        3.1.3 模型的驗(yàn)證
        3.1.4 模型驗(yàn)證結(jié)果分析
        3.1.5 模擬方案
    3.2 結(jié)果與分析
        3.2.1 孔隙率沿X軸方向變化結(jié)果分析
        3.2.2 孔隙率沿Y軸方向變化結(jié)果分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 流場溝槽對PEMFC性能的影響
    4.1 模型的建立
        4.1.1 幾何模型
        4.1.2 參數(shù)及邊界條件
        4.1.3 計(jì)算假設(shè)條件
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 矩形溝槽數(shù)量對電池性能的影響分析
        4.2.2 溝槽類型對電池性能的影響分析
    4.3 本章小結(jié)
第5章 流場結(jié)構(gòu)對PEMFC性能的影響
    5.1 平行流場PEMFC模型
        5.1.1 幾何模型
        5.1.2 模型的驗(yàn)證
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 脊背寬度對電池性能的影響分析
        5.2.2 流道寬度對電池性能的影響分析
    5.3 蛇形流場計(jì)算模型
        5.3.1 幾何模型
        5.3.2 邊界條件和物性參數(shù)
        5.3.3 模型假設(shè)
        5.3.4 網(wǎng)格劃分
    5.4 蛇形流場結(jié)構(gòu)對電池性能的影響分析
        5.4.1 蛇形流道數(shù)對流道內(nèi)壓降的影響分析
        5.4.2 拐角結(jié)構(gòu)對流道內(nèi)速度影響分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
致謝



本文編號(hào)：3837315