本文選題：質(zhì)子交換膜燃料電池　切入點(diǎn)：增濕器　出處：《天津大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效、無污染的新型動力源,其具有能量密度高、啟動速度快以及燃料來源廣等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)子交換膜中的水含量會影響膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力以及機(jī)械強(qiáng)度,從而對燃料電池工作性能產(chǎn)生影響,因此對燃料電池進(jìn)行水管理是必要的。電池內(nèi)部的反應(yīng)生成水不足以維持電池各種工作狀態(tài)下的水平衡,所以采用外部增濕器對陰極進(jìn)氣進(jìn)行增濕是合理有效的辦法。本文主要研究一種以多孔碳板為核心技術(shù)的PEMFC外部增濕方式,通過實(shí)驗(yàn)對多孔碳板熱濕傳遞特性的影響因素進(jìn)行了研究。本文設(shè)計(jì)了測量透過多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)由兩個(gè)回路組成。本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所需的加熱加濕裝置各參數(shù)的計(jì)算,以確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。此外,還對整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的水平衡進(jìn)行了計(jì)算,并且對誤差結(jié)果進(jìn)行了評估。本文針對流體流動參數(shù)對多孔介質(zhì)板熱濕傳遞特性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,在使用相同的多孔介質(zhì)板前提下,分別對氣體流量、增濕氣體溫度以及相對濕度等因素對多孔介質(zhì)板熱濕傳遞特性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:氣體流量的提高不利于被增濕氣體溫度和水分回收率的升高,但對水分傳遞量有促進(jìn)作用;增濕氣體相對濕度的提高對被增濕氣體的溫度和水分傳遞量提高有促進(jìn)作用,但會導(dǎo)致水分回收率的降低;增濕氣體溫度的升高會明顯提高被增濕氣體的溫度,且對水分傳遞量及水分回收率的提高均有促進(jìn)作用,說明提高增濕氣體進(jìn)口溫度可以提高增濕器的熱濕傳遞性能。此外,本文還對多孔介質(zhì)板的結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)對其熱濕傳遞特性的影響進(jìn)行了研究。選取了不同表面特性以及孔隙率的多孔介質(zhì)板,在不同流體流動參數(shù)下分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:隨著增濕氣體進(jìn)口相對濕度的提高,有肋面在高溫側(cè)及低溫側(cè)的熱濕傳遞表現(xiàn)差異越發(fā)明顯,有肋面在被增濕側(cè)的傳熱效果較好,所以對多孔板被增濕側(cè)表面肋化會促進(jìn)其傳熱能力的提高;此外,孔隙率的提高會對多孔板的水分傳遞能力有明顯地促進(jìn)作用。
[Abstract]:Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is a new type of power source with high efficiency and no pollution. It has the advantages of high energy density, high start-up speed and a wide range of fuel sources.The water content in the proton exchange membrane will affect the proton conductivity and mechanical strength of the membrane, which will affect the performance of the fuel cell, so it is necessary to manage the water of the fuel cell.The water generated by the reaction inside the battery is not enough to maintain the water balance of the battery under various working conditions, so it is reasonable and effective to use the external humidifier to humidify the cathode inlet air.In this paper, an external humidification mode of PEMFC with porous carbon plate as the core technology is studied, and the influencing factors of heat and moisture transfer characteristics of porous carbon plate are studied through experiments.In this paper, an experimental system for measuring the heat and moisture transfer characteristics through porous dielectric plates is designed. The system consists of two loops.In this paper, the parameters of the heating and humidifying device needed by the experimental system are calculated to ensure that the experiment can be carried out smoothly.In addition, the water balance of the whole experimental system is calculated, and the error results are evaluated.In this paper, the effects of fluid flow parameters on the heat and moisture transfer characteristics of porous media plates are studied experimentally.The effects of temperature and relative humidity of humidified gas on the heat and moisture transfer characteristics of porous media plates were studied.The results show that the increase of gas flow rate is not conducive to the increase of the temperature and water recovery rate of the humidified gas, but it can promote the moisture transfer.The increase of relative humidity of humidified gas can promote the increase of temperature and moisture transfer amount of humidified gas, but it will lead to the decrease of water recovery rate, and the temperature of humidified gas will obviously raise the temperature of humidified gas.It can also promote the increase of moisture transfer capacity and water recovery rate, which indicates that increasing the inlet temperature of humidifying gas can improve the heat and moisture transfer performance of humidifier.In addition, the influence of the structure and physical parameters of porous dielectric plate on the heat and moisture transfer characteristics is also studied.The porous media plates with different surface characteristics and porosity were studied experimentally under different fluid flow parameters.The results show that with the increase of the relative humidity of the inlet of the humidified gas, the difference of the heat and moisture transfer between the ribbed surface at the high temperature side and the low temperature side is more obvious, and the heat transfer effect of the ribbed surface on the humidified side is better.Therefore, the heat transfer ability of porous plate can be improved by the surface rib of the humidified side. In addition, the increase of porosity will obviously promote the water transfer ability of porous plate.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4

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本文編號：1693273