采用COMSOL Multiphysics軟件建立高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)三維穩(wěn)態(tài)模型,并進(jìn)行模擬計算,分析波形流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對陰極氧氣、水的濃度分布及電流密度分布的影響。波形流道結(jié)構(gòu)引起的俯沖效應(yīng),流場內(nèi)物質(zhì)在各方向上的流速分量增大,促進(jìn)氧氣向氣體擴散層(GDL)擴散,有利于陰極中累積水分的排出。流道中波形數(shù)量的增加,使俯沖效應(yīng)效果更顯著,能獲得更高的電流密度。當(dāng)電勢為0.4 V時,電流密度從無波形直流道時的9 527.5 A/m²提升到波形數(shù)量為10時的9 758.9 A/m²,提高了燃料電池的性能。

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【部分圖文】：

圖1傳統(tǒng)直流道和波形流道結(jié)構(gòu)對比

使用COMSOLMultiphysics軟件，通過添加多孔介質(zhì)物質(zhì)傳遞、Brinkman方程及二次電流分布等物理場，進(jìn)行模擬計算。傳統(tǒng)直流道和波形流道結(jié)構(gòu)對比模型如圖1所示。燃料電池的總體結(jié)構(gòu)由7個部分組成，分別是:陰、陽極流道，陰、陽極GDL，陰、陽極催化劑層以及質(zhì)子交換膜。....

圖3波形流道特征幾何結(jié)構(gòu)(波浪參數(shù))

設(shè)計的流道總長為20mm，寬度為7.9mm，高度為1mm，流脊的寬度為0.9mm。氣體擴散層厚度為0.38mm，催化劑層厚度為0.05mm，膜厚度為0.1mm。波形處采用直斜坡與半圓形相結(jié)合，波形流道特征幾何結(jié)構(gòu)(波浪參數(shù))如圖3所示。入口氫氣、水和氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分....

圖4實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比

實驗與模擬的參數(shù)設(shè)定接近一致。陰、陽極進(jìn)氣量分別為1000ml/min、200ml/min，電池的溫度為453K[3]。實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對比見圖4。從圖4可知，實驗與模擬的結(jié)果趨勢相同，兩者之間的平均誤差小于5%，數(shù)據(jù)波動在誤差范圍以內(nèi)。從直流道與10波形流道的極化曲....

圖5流道內(nèi)氧氣流速圖

截取燃料電池y、z方向的中心平面進(jìn)行分析，流場y、z中心截面垂直于流道的氧氣速度分量見圖5。從圖5中可看出，氧氣在波形流道的俯沖作用下，產(chǎn)生了垂直于氣體流通方向的分速度，進(jìn)而使整個波形周圍氧氣流動的速度增加。向下的分速度可以使氧氣更快更充分地流進(jìn)氣體擴散層，提高了氧氣的利用率，有....

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