具有一側(cè)滲液側(cè)面的微小矩形流道內(nèi)氣液兩相流動研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）運行過程中，在其流道內(nèi)部往往形成氣液兩相流，弄清該類氣液兩相流的特點，對提高燃料電池水管理水平，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。在有關(guān)PEMFC的研究中，如何在不發(fā)生水淹的同時保證電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性的水管理問題是一個十分重要的課題。雖然近年來有關(guān)燃料電池水管理方面的研究報告很多，但尚有很多深層次的機理問題并未弄清。這也嚴重的制約了相關(guān)研究的深入開展。基于此，本文以燃料電池陰極流道氣液兩相流動為研究基礎(chǔ)，從

2、對單一液滴的研究入手，進而對流道內(nèi)的氣液兩相流動進行研究。
　　液滴在微小流道內(nèi)的運動現(xiàn)象有很多應(yīng)用背景，包括化學(xué)工程、航空動力工程等領(lǐng)域，而燃料電池也是其中的一個應(yīng)用背景。對于PEMFC，在運行過程中，隨化學(xué)反應(yīng)的進行，氣體擴散層表面將逐漸產(chǎn)生小液滴，而且小液滴會逐漸長大，并在來流作用下發(fā)生形變。本文將此現(xiàn)象提取出來，研究單一液滴在不銹鋼金屬底板上在來流作用下其出現(xiàn)、生長、脫離乃至貼附、破碎的整個過程。
　　為便于對單一液

3、滴進行研究，本文設(shè)計了可視化流道，研究液滴在流道內(nèi)在來流作用下且自身不斷長大的過程中的變形情況以及脫離或者貼附行為。采用高速攝像系統(tǒng)獲取液滴變形這一瞬態(tài)過程中的動態(tài)信息，而后對所獲取信息進行處理，并變換參數(shù)的不同組合，做組合實驗，研究液滴的前進接觸角、后退接觸角以及前后接觸角之差等液滴物性參數(shù)與液滴高度、來流雷諾數(shù)、液滴浸潤直徑等之間的關(guān)系，并對現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行具體分析，進而總結(jié)出各物理參數(shù)之間的影響規(guī)律。對不銹鋼表面進行疏水性處理，

4、通過對比研究不同表面特性對液滴存在狀態(tài)的影響。
　　為便于研究微小流道內(nèi)的氣液兩相流動，本文設(shè)計了微小流道氣液兩相流動可視化實驗系統(tǒng)，對一個側(cè)面由透氣性多孔材料構(gòu)成的毫米尺寸的方形流道內(nèi)，沿著流道內(nèi)氣體流動方向液體水不斷地通過滲液側(cè)面滲入到氣體流道內(nèi)而形成的氣液兩相流動現(xiàn)象進行了實驗研究。實驗過程中，流道尺寸選擇了三種規(guī)格，氣液參數(shù)各選擇多組，并進行組合，作為滲液側(cè)面的透氣性多孔材料共選擇兩種，一種是普通碳紙，另一種為經(jīng)PTFE浸