检索结果-内蒙古大学图书馆

中国机械工程 2023年第23期34卷 2824-2831页

作者：严丁虎赵建社张昌昊高伟正朱寅南京航空航天大学机电学院南京210016 江苏集萃精密制造研究院有限公司南京210016

变截面球槽结构表面硬度高、三维形状复杂,采用电解加工具有较好的技术经济优势,但其加工精度和加工稳定性受流场影响比较明显。为提高电解液流场均匀性,基于流场仿真分析探讨了通液方式、流道结构对流场分布的影响规律,并开展了电解加... 详细信息

变截面球槽结构表面硬度高、三维形状复杂,采用电解加工具有较好的技术经济优势,但其加工精度和加工稳定性受流场影响比较明显。为提高电解液流场均匀性,基于流场仿真分析探讨了通液方式、流道结构对流场分布的影响规律,并开展了电解加工试验研究。仿真和试验结果表明:采用定向流道供液的分域通液方式有利于提高流场稳定性和流速分布一致性,可以有效提高工艺稳定性;优化出入口流道结构可以进一步提高球槽表面质量,能够满足加工稳定性和加工精度要求。

关键词：变截面球槽电解加工流场设计流道结构

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叶片进排气边电解加工双侧进液对冲流场设计与试验

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电加工与模具 2024年第6期 25-30页

作者：魏浩迪徐正扬王玉弟南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对叶片进排气边电解加工提出一种双侧进液对冲流场,开展了双侧进液对冲流场与传统单侧进液正冲流场的流场对比仿真,并采用设计的薄片试件开展电解加工试验。仿真结果表明,设计的双侧进液对冲流场相较于传统单侧进液正冲流场在加工间... 详细信息

针对叶片进排气边电解加工提出一种双侧进液对冲流场,开展了双侧进液对冲流场与传统单侧进液正冲流场的流场对比仿真,并采用设计的薄片试件开展电解加工试验。仿真结果表明,设计的双侧进液对冲流场相较于传统单侧进液正冲流场在加工间隙内流速、压力分布更加均匀。试验结果显示,单侧进液正冲流场加工的薄片试件轮廓存在“偏头”缺陷,而双侧进液对冲流场加工的薄片试件缺陷得到较好的改善,精度为-0.034~0.044 mm,表面粗糙度为Ra0.367μm,均优于单侧进液正冲流场。

关键词：进排气边电解加工流场设计偏头

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平板型固体氧化物燃料电池的流场设计及优化概述

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陶瓷学报 2022年第1期43卷 28-44页

作者：白虎冯宇叶晓峰冷志忠张博周娟南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs)具有燃料适用性广、余热利用价值高、能量转化效率高的优点,成为当下能量转化技术的研究热点。但是,在商业化之前,SOFCs仍然存在着一些亟待改善的问题,其中,稳定性和工作寿命便是最关... 详细信息

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs)具有燃料适用性广、余热利用价值高、能量转化效率高的优点,成为当下能量转化技术的研究热点。但是,在商业化之前,SOFCs仍然存在着一些亟待改善的问题,其中,稳定性和工作寿命便是最关键的问题。鉴于流场与温度场、电场相互耦合,不均匀的流场极易导致电池局部热失控,产生热应力,对电池产生不可逆损坏,影响SOFCs系统寿命。改善流场设计、保证流动均匀性是提高稳定性和寿命的关键。对平板型SOFCs的流场设计及优化进行了概述。

关键词：固体氧化物燃料电池流场设计优化发展

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渐开线内花键电解加工流场设计及工艺稳定性研究

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中国机械工程 2021年第13期32卷 1562-1570页

作者：王轶禹赵建社谷民凯纪涛南京航空航天大学机电学院南京210016

为进一步提高渐开线内花键电解加工的工艺稳定性,基于数值分析方法探讨了电解液流动方式、工具阴极结构、电解液参数对流场分布的影响规律。数值分析结果表明:电解液侧向流动可以改善加工区入口处电解液流速分布均匀性;带有导流段的变... 详细信息

为进一步提高渐开线内花键电解加工的工艺稳定性,基于数值分析方法探讨了电解液流动方式、工具阴极结构、电解液参数对流场分布的影响规律。数值分析结果表明:电解液侧向流动可以改善加工区入口处电解液流速分布均匀性;带有导流段的变截面阴极能够降低工件表面流速波动。针对工艺稳定性及加工定域性,开展了渐开线内花键电解加工试验研究。试验结果表明:进给速度可达2.1 mm/min以上,齿形误差可控制在0.015 mm以内,当加工深度为30 mm时,齿向误差在0.02 mm以内。该加工方式的效率及精度能够满足很多实际需求,具有明显的技术经济优势。

关键词：电解加工渐开线内花键流场设计工艺稳定性

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基于肺结构的PEMFC仿生流场设计与性能研究

基于肺结构的PEMFC仿生流场设计与性能研究

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作者：樊文选吉林大学

学位级别：博士

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种通过电化学反应将氢气的化学能直接转换为电能的发电装置,具有能量转化效率高、噪音低、环境友好等优点,应用前景广阔,对解决能源危机、实现“双碳”目标具有重要意义。目前PEMFC技术发展的主要研究... 详细信息

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种通过电化学反应将氢气的化学能直接转换为电能的发电装置,具有能量转化效率高、噪音低、环境友好等优点,应用前景广阔,对解决能源危机、实现“双碳”目标具有重要意义。目前PEMFC技术发展的主要研究重点在于提高其发电性能。双极板作为PEMFC的重要组成部件,其流场结构通过影响反应物和生成物的传输、分配与排出情况,直接决定电化学反应能否正常进行。因此设计和优化流场结构是提升PEMFC性能的关键手段之一。师法自然,通过设计仿生流场来提升电池性能已成为双极板流场领域的研究热点。本文基于肺的Y、T、H型分支结构,利用数值模拟与实验研究相结合的方法,系统探究了PEMFC仿肺流场由二维到三维设计过程中蕴含的科学问题,揭示了流场结构优化前后性能的变化规律,研究了各仿肺流场对电池内部各组分传递的影响机制,有效提升了电池整体性能,主要研究内容如下: （1）论证了以肺结构作为仿生原型设计PEMFC双极板流场结构的可行性,并归纳总结了肺部Y、T、H型分支等结构特征。基于仿生学思想,设计了一种具有二级梯度比例的Y型流道单元的仿肺二维流场,并利用水力直径（d H）、父/子流道比（K）依次优化了不同级别和同一级别的Y型流道。模拟结果表明,随着各参数的增大,电池性能呈先增大后减小的趋势,且当d H2=0.6 mm、K=1.26时,仿肺Y型二维流场具有较好的传质与水管理性能,其最大净功率密度(0.5353W·cm-2)较传统平行流场提高58.28%,并通过实验验证了上述结果。（2）比较研究了最佳仿肺Y型二维流场与所设计的仿肺T型、H型二维流场之间的性能差异,通过交指型设计改变了各仿肺二维流场的传质方式,探究了交指型与非交指型设计对仿肺二维流场性能的影响规律。模拟结果表明,H型流道单元可相互连接扩展,为各组分的传输提供了合理的路径,使仿肺H型二维流场获得了较好的性能。交指型设计下流场的传质方式以强制对流为主,电池输出性能都较非交指型明显提升,其氧气对流通量均增大了2倍以上,但交指型设计下泵送功率是非交指型的10倍以上,说明降低流场压降是交指型设计的关键问题。实验验证了上述结果,并同时证明了最适于仿生流场设计的分支结构为H型。（3）基于肺H型分支,模块化设计了仿肺三维流场（LHFF）的纵向三层结构,即气体分布层（RDL）、定向输送层（DTL）和排水层（WRL）,研究了RDL与DTL的结构参数对LHFF性能的影响。模拟结果表明,RDL的H型流道单元将反应物均匀分布,DTL的倾斜流道可产生传质与排水驱动力,在较低的流场压降下实现了对流主导的传质方式。随着RDL组数G的增大,电池性能呈先增大后减小的趋势,当G=2时得到了WRL最佳的进口数量。利用响应曲面法与人工智能优化了RDL的距离、间隔和DTL的角度,使WRL内传质与排水驱动力的分布更合理,两种方法优化后的LHFF最大净功率密度相对偏差仅为0.50%,优化后的结构基本一致且相互验证,获得了可靠的双极板流场优化手段。3D打印制备了优化前后的LHFF,通过实验验证了上述结果。（4）基于RDL与DTL的最佳结构,比较分析了传统平行流场、蛇形流场、点状流场的WRL对LHFF性能的影响,接着优化了WRL点状流场的点块宽度和横排数量,并引入金属泡沫优化了WRL的流道模式,通过优化试验确定了最佳的WRL孔隙率与电池工作参数。模拟结果表明,点状流场WRL较大的流道分散程度可充分利用来自DTL的传质与排水驱动力,点块有效引导了各组分的传输,当点块宽度a=1.5 mm、下游区域点块减少横排数量N=1时,WRL点状流场可强化下游区域的传质与排水。通过实验验证了上述结果,同时确定了将流场开孔率等效为孔隙率的金属泡沫是WRL的最佳流道模式,利用优化试验得到LHFF的最优参数组合,其最大净功率密度为0.83405 W·cm-2,该组合充分发挥了LHFF的结构优势,促进电化学反应稳定运行,使电池保持了优异的性能。本文深入研究了PEMFC仿肺流场由二维到三维的设计优化过程,解决了对流传质方式与流场压降增大的难题,得到了最佳仿肺三维流场结构和最优工况,有效提高了电池性能,为仿生流场的设计优化提供了一定的参考与指导。

关键词：仿生质子交换膜燃料电池肺双极板流场设计

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质子交换膜燃料电池流场设计及热管理研究进展

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中外能源 2025年第5期30卷 27-33页

作者：曾娅仪刘泽华洪京航杨添会谢丹南华大学湖南衡阳421001

质子交换膜燃料电池具有启动迅速、功率密度大、环境友好等特点,在交通、航天等领域备受关注。燃料电池流场设计和热管理策略对传热、传质、导电、疏水性等电池性能影响较大,双极板的流场设计对于燃料电池的性能起着决定性作用,而氢燃... 详细信息

质子交换膜燃料电池具有启动迅速、功率密度大、环境友好等特点,在交通、航天等领域备受关注。燃料电池流场设计和热管理策略对传热、传质、导电、疏水性等电池性能影响较大,双极板的流场设计对于燃料电池的性能起着决定性作用,而氢燃料电池热管理技术是提升其性能、安全性和寿命的核心研究方向。流场优化设计可分为流道布局优化和流道结构优化两大类,通过优化流道布局(如增加凸台、薄板等)和流道结构(如改变几何参数、设计新型流道),可显著改善传热传质效果,提高电池性能并减少水淹现象,新型流道在传热传质均匀性上具有更大的优势。在热管理方面,高效的余热利用方式、精准的散热控制策略以及低温冷启动策略是研究重点。通过耦合余热回收与冷却系统、开发智能控制策略以及优化冷启动技术,可有效提升燃料电池的性能、安全性和寿命。未来研究应进一步探索余热利用与乘客舱热舒适的耦合、针对不同工况进行流场设计优化以及开展非稳态模拟计算等。

关键词：质子交换膜燃料电池流场设计热管理传热传质余热利用冷启动

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质子交换膜燃料电池流场设计对水气传输优化的研究

质子交换膜燃料电池流场设计对水气传输优化的研究

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作者：李子君东北大学

学位级别：博士

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢气的化学能直接转化为电能的高效能源装置,同时它具有零污染、体积功率密度高和无噪音等优点,广泛应用于汽车、轮船和飞机等交通工具,被称为最具潜力的动力装置之一。良好的水气传输对PEMFC的发展... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢气的化学能直接转化为电能的高效能源装置,同时它具有零污染、体积功率密度高和无噪音等优点,广泛应用于汽车、轮船和飞机等交通工具,被称为最具潜力的动力装置之一。良好的水气传输对PEMFC的发展的应用至关重要,因此,本文在全面分析PEMFC水气传输规律的基础上,提出将具有强制对流效应的流道与平行流场结合,设计了一种优化流场,促进了 PEMFC内的水气传输,增强了反应气体分布的均匀性,同时深入探究了优化流场提升水气传输特性的机理,实现了从单根流道的优化设计到电堆系统的优化,开发出了具有快速动态响应及较好稳定性的优化电堆,并对优化电堆的系统做了阳极闭口模式的优化,主要内容如下: (1)PEMFC水气传输规律的研究。为进一步优化水气传输,建立了水气传输模型,通过分析水气在流道和气体扩散层(GDL)内的传输以及水在质子交换膜内的传输,全面探究了水气传输的规律。研究发现水和反应气体会相互影响各自在GDL和流道内的传输,同时水在膜内的传输也会影响质子的传输。在活化极化与欧姆极化区域,水在GDL内的传输方向是流道向质子交换膜,水的作用是增强膜内含水量,降低质子在膜内的传输阻力;在浓差极化区域,因生成的水较多,膜内含水量几乎达到饱和,水在GDL内的传输方向发生改变,与之前运动方向相反,水在GDL内传输方向的改变使流道内水增多,降低了流道和GDL内气体的传输速率。在掌握了 PEMFC水气传输的规律后,探究了GDL厚度,流道深度以及膜厚度对水气传输的影响,研究发现GDL的厚度主要影响水气在GDL内的传输,对膜内水传输影响较小,不同厚度的膜对水在膜内的传输影响较大,流道深度的变化不仅影响GDL内水气传输,也影响膜内水的传输。 (2)流场优化对PEMFC水气传输的影响。为了改善PEMFC内的水气传输,增强反应气体的传输及分布的均匀性,缓解水淹对燃料电池稳定性的影响,引入强制对流效应,提出一种新的流道形状,建立三维多相仿真模型,研究发现波长w为π,最小深度h为0.4mm的波形结构增强了水气的传输,使PEMFC性能达到最优,相比直流道,峰值功率密度提高了 11.56%。另一方面,将平行流场与具有强制对流效应的单根波形流道结合,提出一种优化流场,采用可视化技术观测发现采用优化流场的透明电池在较高电流密度下的水淹面积远小于传统平行流场,结合数值仿真结果,发现反应气体分布的均匀性得到进一步改善,并进一步分析了优化流场增强水气传输的机理。 (3)气体作用下液态水在优化流道内传输特性的研究。流道内水的积聚会引发反应气体传输受阻,之前的实验结果表明优化流场具有较好的排水能力,因此探究在气体作用下流道内液态水的传输特性和优化流道能够有效去除液态水的机理。采用流体体积法模型(VOF)和液滴受力模型,研究了液态水在流道内的传输规律。研究发现液态水在突破GDL孔隙时是以液滴的形式出现,然后进入其直径不断增大的生长阶段,当液滴生长到一定程度时会随着流动的气体离开孔隙开始运动,随着气体速度的增大,液滴离开孔隙时的直径越小,离开孔径时间也越短。当气体速度增加到7m/s以上时,液滴离开孔径的大小以及时间趋于稳定。在气体作用下的液滴在流道内运动时会经历松弛和稳定阶段,松弛阶段液滴变形程度较大,该阶段时间的长短决定了流道的排水能力。相比传统直流道,优化流道中的气体对液态水具有更大的剪切力,能够有效将液态水包括水滴和水膜排出,对直径较小的液滴依然具有很好的去除效果。 (4)优化PEMFC电堆稳态与动态响应的研究。采用之前提出的优化流场作为电堆双极板的结构,同时减小脊的宽度,设计了具有较高性能以及快速动态响应的优化电堆,搭建电堆测试系统,作为对比同样组装了传统平行流场电堆,研究不同湿度下两种电堆的极化曲线。研究发现相比传统电堆,优化电堆在相对湿度为20%时性能提升了 33.92%,并在低湿度下具有一定的自增湿能力,研究了供气方式、电流阶跃大小、化学计量比、背压、相对湿度和温度等操作条件对电堆动态响应的影响,结果表明优化电堆具有较好的动态响应能力,为开发具有快速动态响应的PEMFC系统做出了一定贡献。 (5)优化电堆阳极闭口模式下的研究。电堆是实际应用在系统中的,为了提高氢气利用率和简化系统,对优化电堆的PEMFC系统进行了阳极闭口模式的优化,减少了阳极加湿装置,研究了不同操作条件下优化电堆电压的变化规律。研究发现在闭口模式下,氮气的渗透使电压逐渐降低,为了防止电压持续下降,可通过吹扫缓解,建立了 PEMFC氮气渗透模型,结果表明氢气摩尔浓度在0.8时为最佳吹扫时刻。

关键词：质子交换膜燃料电池强化传质流场设计动态响应水气传输

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汽车零部件烘房流场设计及仿真

汽车零部件烘房流场设计及仿真

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作者：雷雯雯北京林业大学

学位级别：硕士

烘干作为汽车零部件涂装的关键环节,直接影响汽车零部件的质量和性能。目前汽车零部件烘房主要采用热风循环烘干技术,烘房内气流分布的均匀性、温度均匀性是决定烘干质量的关键因素。为提高汽车零部件烘房温度均匀性,本文设计了汽车零... 详细信息

烘干作为汽车零部件涂装的关键环节,直接影响汽车零部件的质量和性能。目前汽车零部件烘房主要采用热风循环烘干技术,烘房内气流分布的均匀性、温度均匀性是决定烘干质量的关键因素。为提高汽车零部件烘房温度均匀性,本文设计了汽车零部件烘房并优化其送风参数和结构,采用理论分析和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)相结合的方法,对所设计的汽车零部件烘房速度场、温度场进行数值模拟,得到烘房内速度、温度分布规律。首先,利用Fluent对设计烘房流场进行数值模拟,引入速度不均匀系数和温度不均匀系数作为评价指标,研究不同的热风循环方式对烘房内流场速度均匀性、温度均匀性的影响。其次,通过对热风循环方式和加热方式进行分析,确定了烘房的具体加热类型,并计算得到烘房工作所需热量、循环风量,确定加热设备和风机的工作参数。基于Fluent数值模拟所得到的较优的烘房流场设计,进行汽车零部件烘房的结构设计。对设计的汽车零部件烘房进行温度和风速试验后,结果表明试验数值和模拟数值误差较小,温度误差小于1.68%,风速误差小于1.1m/s,仿真结果可靠有效。所设计的汽车零部件烘房工作稳定可靠,温度不均匀系数低于6%,满足设计要求。针对温度试验中存在的工作区温度偏低的问题再次进行优化仿真,送风温度和送风速度作为影响工作区温度的最重要因素,对其送风参数组合进行研究。此外,对烘房前后部存在低温区的问题,通过合理设置导流板,实现温度的分区调控,提高烘房温度均匀性。本文基于理论分析和计算流体力学方法,针对汽车零部件烘房温度均匀性的要求,分析了烘房流场和温度场分布规律,得到最优的热风循环方式。在烘房的结构设计阶段,参考数值模拟结果,进行了流场设计,提升了烘房的温度均匀性。本文可为汽车零部件烘房结构设计及参数选取提供理论依据。

关键词：烘房设计速度不均匀系数温度不均匀系数流场设计

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基于新型流场设计的质子交换膜燃料电池水气管理仿真研究

基于新型流场设计的质子交换膜燃料电池水气管理仿真研究

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作者：王晓艾天津商业大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为固定、移动和便携式应用的替代电源,因其突出的优点而受到越来越多的关注,被认为是人类第三次能源变革中的核心驱动力。其中,质子交换膜燃料电池多孔电极中的传质和... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为固定、移动和便携式应用的替代电源,因其突出的优点而受到越来越多的关注,被认为是人类第三次能源变革中的核心驱动力。其中,质子交换膜燃料电池多孔电极中的传质和除水已经成为一个重要的问题,这与电池的整体性能密切相关,优化流场设计对质子交换膜燃料电池水气管理问题进行研究,不仅可以有效对电池进行水管理,而且可以促进内部反应物气体均匀传质,这对研究电池性能十分有必要。为了优化质子交换膜燃料电池水管理,提高电池内部传质的均匀性,本文首先提出了一种锥形流场结构(flow field configuration,FFC)来改善质子交换膜燃料电池的内部反应物传输和水去除,并且分析了是否考虑接触电阻(electric contact resistance,ECR)对此锥形平行流场结构的影响。通过建立三维多相燃料电池模型,数值研究锥形平行流场结构对电池内部物理化学过程和整体性能的影响。对比评价了不考虑和考虑双极板(bipolar plate,BP)和气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)之间接触电阻的锥形流场结构。与常规平行流场结构相比,对于不考虑接触电阻的锥形平行流场结构,出口与入口的边长比(ratio of the side length for the inlet to that for the outlet,LI/O)的增加增强了氧传输、水去除和电池性能。然而,对于考虑接触电阻的锥形平行流场结构,流道出口与入口的边长比的增加对反应物传输、水去除和电池性能起到先增加后削弱的趋势。然而,不管考虑或不考虑接触电阻的锥形平行流场结构,流道出口与入口的边长比的降低都会降低电池的整体性能。与所有锥形平行流场结构设计相比,流道出口与入口的边长比为1.2的最佳锥形平行流场结构设计表现出更均匀的反应物和电流密度分布,这将电流密度和氧气摩尔浓度的变异系数降低了约21.4%和8.5%,从而提高了整体电池性能。上述研究发现合适的锥形平行流场结构设计有利于解决电池内部反应均匀性和水淹问题,同时,得出在质子交换膜燃料电池数值模拟中考虑接触电阻的必要性。新型锥形流场结构对改善质子交换膜燃料电池平行流场的内部传质不均匀的问题提供了很好地改进思路,但通过观察新型锥形流场的内部反应,发现流道肋下传质和肋下液态水较多的问题没有得到很好的改善。所以本文为了解决肋下传质和肋下液态水较多的问题,设计了一种新型的流场结构,通过在质子交换膜燃料电池单电池部分中空的肋内布置辅助通道并在辅助通道上钻一系列阵列孔。这种新型的设计合理地利用了双极板的肋,提高了平行通道的容积效率,从而改善了电池性能和电流分布的均匀性。开发了三维多相流FLUENT模型来分析各种参数对氧气分布、水饱和分布、电池性能和电流均匀性的影响。发现辅助通道和孔阵列的组合为反应物运输和除水提供了额外的途径。流场几何形状的合理优化,例如孔尺寸、阵列孔和辅助通道的面积比、阵列孔的不均匀分布,可以在极低的压降下进一步改善电池性能和提高电流均匀性。因此,此种新型的流场结构为质子交换膜燃料电池的辅助通道研究提供可能性,进一步提高肋下的传质问题和进行了有效的水管理,本文中的两种新型流场的提出对质子交换膜燃料电池流场设计具有指导意义。

关键词：质子交换膜燃料电池流场设计水气管理运行条件数值模拟

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面向强化传质的燃料电池双极板进气流场设计

面向强化传质的燃料电池双极板进气流场设计

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作者：陈耀湖南理工学院

学位级别：硕士

21世纪以来,环境问题和能源短缺问题日益严重。因此,许多国家致力于发展可再生能源。其中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有对环境友好、功率密度高、工作寿命久等优点,被广泛运用到各个领域。双极板作为质子交换膜燃料电池重要的部件之一... 详细信息

21世纪以来,环境问题和能源短缺问题日益严重。因此,许多国家致力于发展可再生能源。其中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有对环境友好、功率密度高、工作寿命久等优点,被广泛运用到各个领域。双极板作为质子交换膜燃料电池重要的部件之一,具有气体分配、热量传输、排水、分隔电流的作用。流场结构的布置形式会影响燃料电池的输出性能,合理的流场结构可以提升质子交换膜燃料电池的输出功率密度,提高气体分布的均匀性,减少甚至避免水淹现象的产生。传统平行流场的燃料电池存在气体分布不均匀,水淹现象严重等问题。为了改善这些问题,本文提出了新型的双极板流场结构来强化PEMFC的传质能力。首先,提出了一种阶梯状双极板平行流场。通过逐渐减小流道截面积来提升气体扩散速率。研究了流道阶梯数量对PEMFC的极化曲线及内部氧气质量分数的分布、电流密度分布、液态水饱和度等方面的影响。结果表明:阶梯状流场的燃料电池输出性能均高于传统平行流场的燃料电池。阶梯状流场提升了气体浓度与电流密度分布的均匀性,加速了液态水的排出,缓解了水淹现象。与采用传统平行流场的燃料电池相比,阶梯状流场的燃料电池的功率密度提升了22.4%。其次,提出了一种锯齿状双极板平行流场。研究了波长与波幅对PEMFC的极化曲线及内部氧气质量分数分布、电流密度分布、液态水饱和度的影响。结果表明:锯齿状流场的燃料电池输出性能均高于传统平行流场的燃料电池。锯齿状的结构会对流道内的气体产生周期性的扰动,提升气体的速度,改善气体分布不均匀的现象,提升排水性能。在几种典型的流场设计中,Case6表现出了最佳的性能。对比传统平行流场,输出功率密度提升达到34.9%。最后,提出了一种渐变波浪结构的双极板平行流场。研究了不同尺寸的渐变波浪形平行流场内部氧气质量分数的分布、电流密度分布、液态水饱和度。结果表明:渐变波浪形平行流场的燃料电池输出性能均高于传统平行流场的燃料电池。渐变波浪结构可以有效的强化流场内部气体传输,改善水淹问题。这是因为渐变波浪结构会使气体产生纵向流动,从而提升了气体在流道内的流动速度,强化了肋下的气体传质,升了整体性能。与采用传统平行流场的燃料电池相比,渐变波浪形平行流场的燃料电池的输出功率密度提升了28.9%。

关键词： PEMFC 数值分析流场设计强化传质

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