本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池兩相流傳遞特性研究及數(shù)值模擬

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【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,簡(jiǎn)稱PEMFC)因其工作溫度低、電池啟動(dòng)速度快、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊和比功率高等優(yōu)點(diǎn)得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。它不僅可用于航天、軍事等特殊領(lǐng)域,而且在電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池電站、便攜式電器設(shè)備等方面具有很大的市場(chǎng)潛力。質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)含水量要求很高,一方面需要足夠的水以保證質(zhì)子交換膜濕潤(rùn),從而提高質(zhì)子傳導(dǎo)率;另一方面過(guò)多的水會(huì)導(dǎo)致燃料電池發(fā)生水淹,阻礙內(nèi)部物質(zhì)傳遞,不利于電池的持久穩(wěn)定運(yùn)行,最終致使電池性能急劇下降。因此,需要對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行合理的水管理,分析和研究電池內(nèi)部水的分布及兩相流動(dòng)情況。通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)電池中水的分布和兩相流動(dòng)情況進(jìn)行分析并對(duì)電池內(nèi)部流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行深入研究,可以從理論上闡述電池的內(nèi)部運(yùn)行情況,可以降低實(shí)驗(yàn)成本,對(duì)保證電池穩(wěn)定運(yùn)行和提高其性能有重要意義。在計(jì)算流體力學(xué)仿真分析軟件對(duì)燃料電池兩相流水管理仿真的模塊中,程序所設(shè)定的液態(tài)水方程控制的液態(tài)水流動(dòng)方式,與燃料電池中液態(tài)水的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)有很大差異,仿真結(jié)果與電池的真實(shí)工況不符。本文針對(duì)目前計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件的不足,考慮了液態(tài)水在燃料電池中的真實(shí)流動(dòng)情況,建立了與電池真實(shí)工況相符的液態(tài)水輸運(yùn)控制方程。并將此液態(tài)水輸運(yùn)方程添加到流體仿真分析軟件中,對(duì)燃料電池兩相流水管理模塊控制程序進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)。以采用常規(guī)條形流場(chǎng)的單流道的質(zhì)子交換膜燃料電池為例,應(yīng)用新的液態(tài)水傳輸控制方程,利用開(kāi)發(fā)后的仿真模塊建立質(zhì)子交換膜燃料電池氣液兩相流數(shù)學(xué)模型。通過(guò)建立的模型來(lái)分析電池性能,主要分析電池中的物質(zhì)分布、傳遞特性對(duì)電池性能的影響,探討不同操作參數(shù),如陽(yáng)極出口壓力、電池工作溫度、陽(yáng)極反應(yīng)氣體加濕度和工作壓力等對(duì)電池中的物質(zhì)傳遞尤其是水的傳遞現(xiàn)象以及電池性能的影響,著重研究燃料電池內(nèi)部氣態(tài)和液態(tài)水的兩相流動(dòng)與分布對(duì)電池工作狀況和性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 兩相流 二次開(kāi)發(fā) 數(shù)值模擬 水分布
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景及來(lái)源9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池兩相流模型研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 陽(yáng)極出口端封閉式質(zhì)子交換膜燃料電池研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的研究目的和意義16
• 1.3.1 研究目的16
• 1.3.2 研究意義16
• 1.4 本文的主要內(nèi)容16-19
• 2 PEMFC工作原理及水管理技術(shù)19-23
• 2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池組成19-20
• 2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理20
• 2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池水管理20-21
• 2.4 質(zhì)子交換膜燃料電池水管理發(fā)展方向21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 3 質(zhì)子交換膜燃料電池控制方程23-27
• 3.1 基本控制方程23-25
• 3.2 液態(tài)水輸運(yùn)控制方程25-26
• 3.3 本章小結(jié)26-27
• 4 PEMFC建模及兩相流水管理模塊控制程序二次開(kāi)發(fā)27-39
• 4.1 PEMFC建模27-30
• 4.1.1 三維幾何模型27-28
• 4.1.2 模型參數(shù)28
• 4.1.3 網(wǎng)格劃分28-29
• 4.1.4 模型假設(shè)29
• 4.1.5 邊界條件29
• 4.1.6 物理性質(zhì)參數(shù)29-30
• 4.2 兩相流水管理模塊控制程序二次開(kāi)發(fā)30-37
• 4.2.1 CFD軟件介紹30-32
• 4.2.2 編寫(xiě)控制程序32-34
• 4.2.3 設(shè)置環(huán)境變量34-35
• 4.2.4 二次開(kāi)發(fā)后軟件性能分析35-37
• 4.3 本章小結(jié)37-39
• 5 不同操作參數(shù)下電池性能仿真分析39-63
• 5.1 陽(yáng)極出口開(kāi)放式PEMFC仿真分析39-46
• 5.1.1 PEMFC物質(zhì)傳遞及性能分析39-43
• 5.1.2 壓力對(duì)PEMFC含水量及性能影響43-46
• 5.2 陽(yáng)極出口封閉式PEMFC仿真分析46-60
• 5.2.1 PEMFC含水量及性能分析47-51
• 5.2.2 工作溫度對(duì)PEMFC含水量及性能影響51-54
• 5.2.3 氣體加濕度對(duì)PEMFC含水量及性能影響54-57
• 5.2.4 工作壓力對(duì)PEMFC含水量及性能影響57-60
• 5.3 本章小結(jié)60-63
• 6 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 總結(jié)63-64
• 6.2 研究展望64-65
• 致謝65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 附錄73-84
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果84

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7 宮振華;張存滿;肖方f，

本文編號(hào)：528921