質(zhì)子交換膜燃料電池樹狀分形流場(chǎng)研究.pdf

1、在各種類型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有高功率密度、低工作溫度、快速啟動(dòng)、零排放這些無法比擬的優(yōu)點(diǎn)而受到更多的關(guān)注。流場(chǎng)板是質(zhì)子交換膜燃料電池的一個(gè)重要部件，流場(chǎng)的設(shè)計(jì)是流場(chǎng)板的關(guān)鍵。
　　 傳統(tǒng)的流場(chǎng)通道較長(zhǎng)和拐彎較多，流道中的壓降大，因而需要消耗較多的外部泵能且氣體分布不均勻。本文嘗試設(shè)計(jì)出具有多條短流場(chǎng)且多分支的樹狀分形流場(chǎng)，這種設(shè)計(jì)的意圖在于提高流體分布的均勻性，同時(shí)降低流體在流動(dòng)過程中的整體流阻和壓降，以降低燃料

2、電池運(yùn)行時(shí)的外部能耗。本文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)以荷葉葉脈這種大自然長(zhǎng)期進(jìn)化后具有優(yōu)異的傳質(zhì)特性的結(jié)構(gòu)為原形，結(jié)合構(gòu)形理論設(shè)計(jì)出一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的新型流場(chǎng)。建立了所提出的樹狀分形流場(chǎng)PEMFC的3D、恒溫、穩(wěn)態(tài)的模型進(jìn)行數(shù)值模擬;將具有樹狀分形流場(chǎng)的PEMFC性能與傳統(tǒng)流場(chǎng)的PEMFC性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明樹狀分形流場(chǎng)的PEMFC綜合性能比傳統(tǒng)流場(chǎng)好。
　　 (2)為提高PEMFC的性能，對(duì)樹狀分形流場(chǎng)的流道的四

3、個(gè)幾何特征:分形級(jí)數(shù)、開孔率、流道高度、流道截面形狀進(jìn)行數(shù)值模擬得出了最優(yōu)的幾何特征。提高分形水平數(shù)有利于提高樹狀分形流場(chǎng)PEMFC的性能，最優(yōu)開孔率為0.5，最優(yōu)流道高度為0.8mm，采用三角形截面及梯形截面可以提高燃料電池性能;對(duì)樹狀分形流場(chǎng)的操作參數(shù)進(jìn)行的優(yōu)化表明提高操作壓力可以提高燃料電池性能，最優(yōu)操作溫度為343K左右，加濕度為100％時(shí)燃料電池性能最好。
　　 (3)制備了樹狀分形流場(chǎng)的PEMFC單電池進(jìn)行性能測(cè)試，