為了研究質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的進(jìn)氣加濕對(duì)其性能的影響,本文從仿真和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行了研究,首先,提出了進(jìn)氣加濕效率（inlet gas humidification efficiency,IGHE）模型并介紹了相關(guān)計(jì)算,進(jìn)氣加濕效率模型考慮了PEMFC內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)生成水量和外部進(jìn)氣加濕的攜水量之間的關(guān)系,推導(dǎo)了進(jìn)氣加濕效率計(jì)算公式,進(jìn)而給出了依據(jù)該進(jìn)氣加濕效率和加濕參數(shù)計(jì)算PEMFC電流密度的公式;其次,給出燃料電池計(jì)算的流程圖及計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池的仿真,包括:根據(jù)實(shí)驗(yàn)用的燃料電池尺寸建立幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）軟件Fluent對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算;然后,給出了PEMFC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理及測(cè)試方法、燃料電池測(cè)試設(shè)備及實(shí)驗(yàn)步驟以及對(duì)稱加濕實(shí)驗(yàn)參數(shù),具體參數(shù)為燃料電池運(yùn)行溫度為70℃,陰陽極采用對(duì)稱加濕方式進(jìn)行,相對(duì)濕度分別為40%、55%、70%、85%和100%;最后,對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析,... 

【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池幾何模型

圖 2-3 計(jì)算網(wǎng)格劃分及局部放大圖Fig. 2-3 Computational meshes and partial enlargements表 2-2 燃料電池各部分計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量Table 2-2 Computational meshes amounts of each PEMFC element燃料電池各組成部分 網(wǎng)格數(shù)量陽極集流板 833581陽極流道 222892陽極擴(kuò)散層 288000陽極催化層 288000質(zhì)子交換膜 288000陰極催化層 288000陰極擴(kuò)散層 288000陰極流道 274464陰極集流板 9491162.4 本章小結(jié)本章提出了進(jìn)氣加濕效率（IGHE）模型及相關(guān)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上給出了計(jì)算流程及計(jì)算方法，最后詳細(xì)介紹了幾何模型的建立及網(wǎng)格劃分。（1）提出燃料電池進(jìn)氣加濕效率模型，給出了對(duì)稱加濕情況下的進(jìn)氣加濕效率計(jì)算公式，在對(duì)稱加濕情況下，該公式可以根據(jù)進(jìn)氣攜水量 、進(jìn)氣加濕效率 和電遷

第 4 章 極化曲線和云圖分析氣加濕攜水量對(duì)質(zhì)子交換膜水合起主要作用；所以當(dāng)電池運(yùn)行在低電流密0~50 mA/cm ）時(shí)，進(jìn)氣加濕攜水量對(duì)電池性能的影響較大；隨著電池電流密度的，電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)加劇，進(jìn)氣加濕攜水量對(duì)質(zhì)子交換膜的水合作用逐漸減小。流密度較高（50~350 mA/cm ）時(shí)，電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水對(duì)質(zhì)子交換膜的起主要作用；此時(shí)，進(jìn)氣加濕攜水量對(duì)電池性能的影響減��；當(dāng)前情況下，由于進(jìn)對(duì)濕度為 40%，進(jìn)氣加濕攜水量較小，所以此時(shí)采用進(jìn)氣加濕效率模型計(jì)算結(jié)果luent 模型的計(jì)算結(jié)果提升較大。事實(shí)證明，隨著燃料電池電流密度增大，進(jìn)氣加濕量對(duì)燃料電池性能的影響在逐步降低；所以進(jìn)氣加濕效率模型與 Fluent 模型間的差隨著電流密度的增大而減小。在電池電流密度為350 mA/cm ，陰陽極相對(duì)濕度都0%的情況下，燃料電池的進(jìn)氣加濕效率為 57%，這意味著進(jìn)氣加濕對(duì)燃料電池性能響較大。從功率密度曲線可以看出，燃料電池的功率與電流密度基本呈線性關(guān)系。料電池的電流密度為350 mA/cm 時(shí)，實(shí)驗(yàn)值、進(jìn)氣加濕效率模型和 Fluent 模型的功率密度分別為230 mW/cm 、235 mW/cm 和245 mW/cm ，三組結(jié)果的功率密電流密度的比值分別為0.66 mW/mA、0.67 mW/mA和0.70 mW/mA。


本文編號(hào)：3254219