本文關(guān)鍵詞：鋼帶封裝燃料電池端板優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：燃料電池是一種發(fā)展迅速的新型發(fā)電裝置,在航空航天、汽車、潛艇、移動設(shè)備等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池堆的端板與緊固件配合,起到為內(nèi)部組件提供封裝力的作用,是決定電池堆綜合性能的重要部件。本文采用有限元方法,分析了封裝力作用下的電池堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形和組件內(nèi)氣體傳輸情況,并以改善電池堆內(nèi)部接觸面變形均勻性為目標(biāo),對鋼帶封裝的大型燃料電池堆端板進行了形狀與拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。首先使用Abaqus分析了鋼帶封裝電池堆在封裝力作用下的應(yīng)力與變形,發(fā)現(xiàn)電池堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的不均勻壓縮變形。其次使用Comsol研究了封裝力作用下一個典型雙極板對氣體擴散層的壓縮特性,并對氣體擴散層的形變、孔隙率的變化、氣體的傳輸及接觸壓力分布進行了耦合分析,發(fā)現(xiàn)它們都與電池的電化學(xué)反應(yīng)效率密切相關(guān)。若端板設(shè)計不合理,引起氣體擴散層的不均勻壓縮會降低電堆的電化學(xué)反應(yīng)效率,說明了盡可能通過改進端板設(shè)計使內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形均勻的必要性。為了獲得最優(yōu)的鋼帶封裝的電池堆端板,利用Ansys與Isight軟件,以最小化電池堆內(nèi)部接觸面上法向位移標(biāo)準(zhǔn)差為目標(biāo),使用模擬退火算法對端板截面外輪廓進行了形狀優(yōu)化設(shè)計,獲得了在封裝力作用下使內(nèi)部接觸面變形最均勻的端板截面外輪廓。在這個優(yōu)化的截面外輪廓的基礎(chǔ)上,進一步利用Optistruct軟件進行截面的拓?fù)鋬?yōu)化得到了最優(yōu)截面拓?fù)�。基于這個外輪廓和拓?fù)鋬?yōu)化后的截面形狀,通過拉伸可以得到一個三維端板結(jié)構(gòu),最后通過取這個三維端板上的若干控制截面進行進一步優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)了三維端板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后,在封裝力作用下內(nèi)部接觸面變形的不均勻性有明顯改善,接觸面上法向位移標(biāo)準(zhǔn)差提高了9.16%,并且滿足強度要求,并對燃料電池電堆端板優(yōu)化設(shè)計具有參考價值。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 鋼帶封裝 端板 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 1. 緒論7-16
• 1.1. 燃料電池概述7
• 1.2. 質(zhì)子交換膜燃料電池基本原理及結(jié)構(gòu)7-9
• 1.3. 燃料電池封裝中的力學(xué)問題9-11
• 1.4. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在端板設(shè)計中的應(yīng)用11-14
• 1.4.1. 端板的優(yōu)化設(shè)計11-13
• 1.4.2. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論簡介13-14
• 1.4.3. 模擬退火算法14
• 1.5. 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.6. 本章小結(jié)15-16
• 2. PEMFC電堆模型建立與分析16-33
• 2.1. PEMFC電堆幾何模型簡化16-20
• 2.2. 封裝力作用下整體電堆的受力狀態(tài)20-25
• 2.3. 封裝壓縮對GDL的影響分析25-32
• 2.3.1. 有限元模型及控制方程26-28
• 2.3.2. 結(jié)果分析與討論28-32
• 2.4. 本章小結(jié)32-33
• 3. PEMFC電堆端板分步優(yōu)化33-50
• 3.1. 端板外輪廓形狀優(yōu)化設(shè)計33-39
• 3.1.1. 形狀優(yōu)化的計算模型34-38
• 3.1.2. 計算過程與結(jié)果分析38-39
• 3.2. 端板連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化39-45
• 3.2.1. 拓?fù)鋬?yōu)化的計算模型40-42
• 3.2.2. 拓?fù)鋬?yōu)化的后續(xù)形狀優(yōu)化及結(jié)果分析42-45
• 3.3. 端板三維結(jié)構(gòu)優(yōu)化45-49
• 3.3.1. 三維優(yōu)化模型建立45-46
• 3.3.2. 三維優(yōu)化結(jié)果分析46-49
• 3.4. 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻51-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況54-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加課題情況55-56
• 致謝56-57

【相似文獻】

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本文編號：564473