發(fā)布時間：2021-05-20 23:35

　　質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效能源轉(zhuǎn)換裝置,其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物主要是水,能實現(xiàn)真正的零污染,被認為是未來最有可能替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機的動力源。然而,在燃料電池大規(guī)模商業(yè)化前,仍面臨性能、耐久性和啟動性等方面的挑戰(zhàn),并且這些特性受到燃料電池的氣體、水與熱管理的影響較大。因此,為了進一步較為全面了解整個系統(tǒng)內(nèi)傳熱傳質(zhì)的過程,本文基于燃料電池測試系統(tǒng),開展不同運行條件對燃料電池性能的影響實驗研究,同時結(jié)合模擬計算手段,研究燃料電池內(nèi)部傳熱傳質(zhì)的過程。主要研究內(nèi)容如下:首先,基于燃料電池實驗平臺,開展不同背壓、進氣溫度及相對濕度對燃料電池單體性能和啟動過程的影響研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):進氣溫度和背壓非線性協(xié)同控制可使燃料電池性能最優(yōu)。提高背壓和相對濕度均可提高電池性能,但相對濕度過高會導(dǎo)致啟動穩(wěn)定性下降。其次,基于FLUENT模擬計算方法,開展燃料電池單體工作過程模擬計算研究,分析不同工作電壓、氫氣順流和逆流對產(chǎn)物水和溫度的分布以及性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:順流和逆流對高水含量位置影響較小,均出現(xiàn)在空氣出口處;而順流和逆流對溫度與電流密度影響較大,其分布與負荷大小有關(guān)... 

【文章來源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景
        1.1.1 氫能的應(yīng)用
        1.1.2 燃料電池的發(fā)展
        1.1.3 燃料電池的分類
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池概述
        1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)
        1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的結(jié)構(gòu)
        1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
        1.2.4 質(zhì)子交換膜燃料電池輸出性能的表征
    1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池研究現(xiàn)狀及分析
        1.3.1 燃料電池性能及啟動實驗的試驗研究進展
        1.3.2 燃料電池單體工作過程的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.3 燃料電池電堆工作過程的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.4 燃料電池冷卻方式的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)
第二章 燃料電池單體性能及啟動過程的試驗研究
    2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池實驗的基本情況
        2.1.1 實驗系統(tǒng)
        2.1.2 電池物性參數(shù)與組裝
        2.1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的實驗方案
    2.2 PEM燃料電池的活化
    2.3 不同工況對PEM燃料電池性能的影響
        2.3.1 背壓對PEM燃料電池性能的影響
        2.3.2 進氣溫度對電池性能的影響
        2.3.3 相對濕度對電池性能的影響
        2.3.4 多因素耦合對PEM燃料電池性能的影響
    2.4 不同工況對 PEM 燃料電池啟動過程的影響
    2.5 本章小結(jié)
第三章 不同進氣方式對燃料電池單體工作過程影響模擬研究
    3.1 模型描述
        3.1.1 幾何模型的建立及進氣方式
        3.1.2 模型假設(shè)
        3.1.3 數(shù)學(xué)模型的建立
    3.2 物性參數(shù)及模擬的邊界條件
    3.3 模擬仿真的求解策略及模型驗證
        3.3.1 網(wǎng)格劃分
        3.3.2 計算方法
        3.3.3 網(wǎng)格獨立性驗證
        3.3.4 收斂判定
        3.3.5 模型驗證
    3.4 模擬結(jié)果與討論
        3.4.1 逆流對催化層中溫度分布的影響
        3.4.2 逆流對催化層中水分布的影響
        3.4.3 逆流對催化層中氧氣分布的影響
        3.4.4 逆流對催化層中反應(yīng)熱源分布的影響
        3.4.5 逆流對催化層中性能分布的影響
        3.4.6 逆流對性能的影響及其相關(guān)因素的分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 不同運行條件對燃料電池電堆工作過程影響模擬研究
    4.1 模型描述
        4.1.1 幾何模型
        4.1.2 模型假設(shè)
        4.1.3 數(shù)學(xué)模型
        4.1.4 物性參數(shù)及邊界條件
        4.1.5 模型驗證
    4.2 GDL孔隙率對電堆水熱分布及性能的影響
        4.2.1 不同孔隙率對性能分布的影響
        4.2.2 不同孔隙率對水分布的影響
        4.2.3 不同孔隙率對溫度分布的影響
    4.3 操作壓力對電堆水熱分布及性能的影響
        4.3.1 不同操作壓力對性能分布的影響
        4.3.2 不同操作壓力對水分布的影響
        4.3.3 不同操作壓力對溫度分布的影響
    4.4 工作溫度對電堆水熱分布及性能的影響
        4.4.1 不同工作溫度對性能分布的影響
        4.4.2 不同工作溫度對水分布的影響
        4.4.3 不同工作溫度對溫度分布的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 不同冷卻方式對燃料電池電堆工作過程的影響及分析
    5.1 燃料電池內(nèi)的熱平衡理論分析
        5.1.1 電池的發(fā)熱量
        5.1.2 電池進出口流體的參數(shù)
        5.1.3 對流的換熱量
        5.1.4 冷卻工質(zhì)的換熱量
    5.2 模型描述
        5.2.1 幾何模型
        5.2.2 模型假設(shè)
        5.2.3 數(shù)學(xué)模型
        5.2.4 物性參數(shù)及邊界條件
    5.3 循環(huán)水冷卻對電堆水熱分布及性能的影響
        5.3.1 冷卻水流速為0.8m/s和1m/s時,對溫度分布的影響
        5.3.2 冷卻水流速為0.8m/s和1m/s時,對水分布的影響
        5.3.3 冷卻水流速為0.8m/s和1m/s時,對性能分布的影響
    5.4 空氣冷卻對電堆水熱分布及性能的影響
        5.4.1 空氣流速為10m/s和15m/s時,對溫度分布的影響
        5.4.2 空氣流速為10m/s和15m/s時,對水分布的影響
        5.4.3 空氣流速為10m/s和15m/s時,對性能分布的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與工作展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文及參與科研項目情況



本文編號：3198634