質(zhì)子交換膜燃料電池堆模型的開發(fā)一直是研究的熱點(diǎn),因?yàn)樗梢詭椭剂想姵亻_發(fā)者改進(jìn)燃料電池堆的設(shè)計(jì),使得能夠設(shè)計(jì)出成本更低,性能更好、效率更高的燃料電池堆。但由于計(jì)算成本高、計(jì)算時(shí)間長,耦合多物理場的電池堆模型較少,大部分的模型只考慮燃料電池堆的流體分布而忽略電化學(xué)和傳輸過程等復(fù)雜問題。為此,本文重點(diǎn)是開發(fā)一個(gè)便于快速計(jì)算和分析的燃料電池堆模型,以便能夠在多種條件下準(zhǔn)確預(yù)測燃料電池堆的性能。首先,本文利用多物理場仿真軟件COMSOL Multiphysics 5.4建立了二維幾何單電池模型,分別選用二次電流分布、濃物質(zhì)傳遞、Bribkman方程、PDE方程、層流流動(dòng)以及固體和流體傳熱等物理場。通過對比仿真性能曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性,然后將50個(gè)單電池串聯(lián)構(gòu)成電池堆。其次,在燃料電池堆流量分配問題上,類比電力網(wǎng)絡(luò)后,建立了燃料電池堆的流量網(wǎng)絡(luò)模型。利用MATLAB和COMSOL迭代求解,獲得了U型結(jié)構(gòu)和Z型結(jié)構(gòu)燃料電池堆氣體、水、電流密度等分布情況。結(jié)果表明Z型結(jié)構(gòu)電池堆的分布比U型結(jié)構(gòu)電池堆的分布更加均勻。利用參數(shù)化掃描,確定了燃料電池堆比較合適的冷卻液流速。通過優(yōu)化冷卻設(shè)計(jì)得...

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2典型質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）示意圖[10]

4圖1-2典型質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）示意圖[10]1.2.2質(zhì)子交換膜燃料電池流場類型PEMFC的結(jié)構(gòu)對其性能有顯著的影響，可以根據(jù)不同的使用要求和所處環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。流場設(shè)計(jì)時(shí)的主要考慮事項(xiàng)是總壓降較小，反應(yīng)物分布均勻，結(jié)構(gòu)簡單和有效除水等。盡管流場設(shè)計(jì)圖形多種多樣，但....

圖1-3不同類

5因流動(dòng)路徑過長造成較大的壓降，對于面積比較大的流場板，在流道后段導(dǎo)致反應(yīng)氣體供應(yīng)不足，最終影響電池性能[11]。因此單一的蛇形流道主要應(yīng)用在燃料電池研究初期，但也已經(jīng)成為了流道構(gòu)型中的一種基本結(jié)構(gòu)，通常會(huì)與其他形式的流道結(jié)合應(yīng)用在流場設(shè)計(jì)中。③叉指形流場與傳統(tǒng)的流場設(shè)計(jì)不同，叉....

圖1-3不同類型流場示意圖

5因流動(dòng)路徑過長造成較大的壓降，對于面積比較大的流場板，在流道后段導(dǎo)致反應(yīng)氣體供應(yīng)不足，最終影響電池性能[11]。因此單一的蛇形流道主要應(yīng)用在燃料電池研究初期，但也已經(jīng)成為了流道構(gòu)型中的一種基本結(jié)構(gòu)，通常會(huì)與其他形式的流道結(jié)合應(yīng)用在流場設(shè)計(jì)中。③叉指形流場與傳統(tǒng)的流場設(shè)計(jì)不同，叉....

圖1-4燃料電池堆棧示意圖[28]

8①-陽極端板；②-陽極集流板；③-冷卻流道板；④-陽極氣體流道板；⑤-陽極氣體擴(kuò)散層；⑥-質(zhì)子交換膜；⑦-陰極氣體擴(kuò)散層；⑧-陰極氣體流道板；⑨-陰極集流板；⑩-陰極端板圖1-4燃料電池堆棧示意圖[28]1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1燃料電池堆模型的研究現(xiàn)狀燃料電池堆模型的開發(fā)....

本文編號：3993810