質(zhì)子交換膜燃料電池波浪形流場設(shè)計及優(yōu)化
發(fā)布時間：2021-01-24 17:01
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種通過清潔燃料發(fā)生電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能的設(shè)備。由于其具有用途廣、效率高、可靠性強和無污染等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶和便攜式設(shè)備等民用和軍用設(shè)施上。雙極板作為燃料電池核心部件,承擔著流體分配、冷卻散熱等任務(wù),其流場設(shè)計直接影響電池的傳熱傳質(zhì)性能。采用傳統(tǒng)流場的PEMFC在高電流密度下運行時往往存在傳質(zhì)不佳、催化層內(nèi)部水淹及溫度過高等問題,使得電池的輸出性能急劇下降。因此,本文在傳統(tǒng)流場的基礎(chǔ)上提出了新型的氣體流場和冷卻流道來強化PEMFC的傳熱傳質(zhì)能力。首先,本文提出了一種新型的波浪形平行流場,利用CFD方法建立了燃料電池的數(shù)學模型,分析了新型流場波浪長度（s）和波幅（a）尺寸對燃料電池輸出性能、氧氣分布、電流密度分布、液態(tài)水分布、流場壓降及凈輸出功率的影響,優(yōu)化了新型流場波浪長度和波幅尺寸。結(jié)果表明:較小的波浪長度和較大的波幅能夠有效改善PEMFC的傳質(zhì)和水淹問題,其強化傳質(zhì)機理是由于在低氧區(qū)域,流場內(nèi)部的氣體流速要明顯高于其余設(shè)計從而加速氧氣的擴散速率。此外,在0.6V工作電壓下,當波浪長度和波幅分別為4 mm和0.8 mm時燃料電池性能達到最佳...
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
氫能源的利用途徑[4]
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論3圖1-2質(zhì)子交換膜燃料電池基本工作原理[10]PEMFC結(jié)構(gòu)由雙極板(Bipolarplate)、陰/陽極氣體擴散層(Gasdiffusionlayer)、陰/陽極催化層(Catalystlayer)、質(zhì)子交換膜(Protonexchangemembrane)、密封單元和鎖緊單元等部件組成，如圖1-3所示[11]。圖1-3PEMFC基本結(jié)構(gòu)示意圖[11]1.1.2雙極板功能及作用雙極板作為燃料電池核心部件，承擔著進氣分配、冷卻散熱等任務(wù)，其流場設(shè)計直接影響電池的傳熱傳質(zhì)性能，對燃料電池發(fā)電效率有著重要影響。雙極板流場的加工形狀對燃料電池的性能影響非常大，目前雙極板的流場主要有平行流
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論3圖1-2質(zhì)子交換膜燃料電池基本工作原理[10]PEMFC結(jié)構(gòu)由雙極板(Bipolarplate)、陰/陽極氣體擴散層(Gasdiffusionlayer)、陰/陽極催化層(Catalystlayer)、質(zhì)子交換膜(Protonexchangemembrane)、密封單元和鎖緊單元等部件組成，如圖1-3所示[11]。圖1-3PEMFC基本結(jié)構(gòu)示意圖[11]1.1.2雙極板功能及作用雙極板作為燃料電池核心部件，承擔著進氣分配、冷卻散熱等任務(wù)，其流場設(shè)計直接影響電池的傳熱傳質(zhì)性能，對燃料電池發(fā)電效率有著重要影響。雙極板流場的加工形狀對燃料電池的性能影響非常大，目前雙極板的流場主要有平行流
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Influence of bio-inspired flow channel designs on the performance of a PEM fuel cell[J]. Srinivasa Reddy Badduri,G.Naga Srinivasulu,S.Srinivasa Rao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(03)
[2]氫能利用與發(fā)展綜述[J]. 于蓬,王健,鄭金鳳,張亮修,王恒元. 汽車實用技術(shù). 2019(24)
[3]氫能源的利用現(xiàn)狀分析[J]. 趙永志,蒙波,陳霖新,王賡,鄭津洋,顧超華,張鑫,張俊峰. 化工進展. 2015(09)
[4]微小型質(zhì)子交換膜燃料電池性能測試分析[J]. 梁靈威,方偉強,萬珍平,蘇凌峰. 電源技術(shù). 2013(01)
[5]對中國能源問題的思考[J]. 江澤民. 上海交通大學學報. 2008(03)
[6]熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電廠的應(yīng)用展望[J]. 沈承,曹廣益,朱新堅. 華東電力. 2001(04)
[7]質(zhì)子交換膜燃料電池的研究與開發(fā)[J]. 蔣鶴麟,王瑛,吳志鴻. 稀有金屬. 2000(04)
[8]高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）進展[J]. 江義,李文釗,王世忠. 化學進展. 1997(04)
博士論文
[1]基于強化傳質(zhì)的燃料電池流場優(yōu)化及水熱管理研究[D]. 沈俊.華中科技大學 2018
[2]新時期國家能源發(fā)展戰(zhàn)略問題研究[D]. 李文華.南開大學 2013
碩士論文
[1]燃料電池系統(tǒng)熱力學性能分析及多目標優(yōu)化研究[D]. 白海霞.湖南理工學院 2018
[2]基于遺傳算法的PEMFC優(yōu)化[D]. 曾祥兵.華中科技大學 2017
本文編號：2997605
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
氫能源的利用途徑[4]
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論3圖1-2質(zhì)子交換膜燃料電池基本工作原理[10]PEMFC結(jié)構(gòu)由雙極板(Bipolarplate)、陰/陽極氣體擴散層(Gasdiffusionlayer)、陰/陽極催化層(Catalystlayer)、質(zhì)子交換膜(Protonexchangemembrane)、密封單元和鎖緊單元等部件組成，如圖1-3所示[11]。圖1-3PEMFC基本結(jié)構(gòu)示意圖[11]1.1.2雙極板功能及作用雙極板作為燃料電池核心部件，承擔著進氣分配、冷卻散熱等任務(wù)，其流場設(shè)計直接影響電池的傳熱傳質(zhì)性能，對燃料電池發(fā)電效率有著重要影響。雙極板流場的加工形狀對燃料電池的性能影響非常大，目前雙極板的流場主要有平行流
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論3圖1-2質(zhì)子交換膜燃料電池基本工作原理[10]PEMFC結(jié)構(gòu)由雙極板(Bipolarplate)、陰/陽極氣體擴散層(Gasdiffusionlayer)、陰/陽極催化層(Catalystlayer)、質(zhì)子交換膜(Protonexchangemembrane)、密封單元和鎖緊單元等部件組成，如圖1-3所示[11]。圖1-3PEMFC基本結(jié)構(gòu)示意圖[11]1.1.2雙極板功能及作用雙極板作為燃料電池核心部件，承擔著進氣分配、冷卻散熱等任務(wù)，其流場設(shè)計直接影響電池的傳熱傳質(zhì)性能，對燃料電池發(fā)電效率有著重要影響。雙極板流場的加工形狀對燃料電池的性能影響非常大，目前雙極板的流場主要有平行流
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Influence of bio-inspired flow channel designs on the performance of a PEM fuel cell[J]. Srinivasa Reddy Badduri,G.Naga Srinivasulu,S.Srinivasa Rao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(03)
[2]氫能利用與發(fā)展綜述[J]. 于蓬,王健,鄭金鳳,張亮修,王恒元. 汽車實用技術(shù). 2019(24)
[3]氫能源的利用現(xiàn)狀分析[J]. 趙永志,蒙波,陳霖新,王賡,鄭津洋,顧超華,張鑫,張俊峰. 化工進展. 2015(09)
[4]微小型質(zhì)子交換膜燃料電池性能測試分析[J]. 梁靈威,方偉強,萬珍平,蘇凌峰. 電源技術(shù). 2013(01)
[5]對中國能源問題的思考[J]. 江澤民. 上海交通大學學報. 2008(03)
[6]熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電廠的應(yīng)用展望[J]. 沈承,曹廣益,朱新堅. 華東電力. 2001(04)
[7]質(zhì)子交換膜燃料電池的研究與開發(fā)[J]. 蔣鶴麟,王瑛,吳志鴻. 稀有金屬. 2000(04)
[8]高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）進展[J]. 江義,李文釗,王世忠. 化學進展. 1997(04)
博士論文
[1]基于強化傳質(zhì)的燃料電池流場優(yōu)化及水熱管理研究[D]. 沈俊.華中科技大學 2018
[2]新時期國家能源發(fā)展戰(zhàn)略問題研究[D]. 李文華.南開大學 2013
碩士論文
[1]燃料電池系統(tǒng)熱力學性能分析及多目標優(yōu)化研究[D]. 白海霞.湖南理工學院 2018
[2]基于遺傳算法的PEMFC優(yōu)化[D]. 曾祥兵.華中科技大學 2017
本文編號：2997605
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