微型DMFC陽(yáng)極氣液兩相流研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)有很多很好的優(yōu)點(diǎn),例如甲醇來(lái)源清潔豐富而且儲(chǔ)存方便,化學(xué)反應(yīng)時(shí)溫度較低,易于集成而且便攜式程度高,工作時(shí)間較傳統(tǒng)電池長(zhǎng)以及反應(yīng)產(chǎn)物污染小等,μDMFC是最有可能替代傳統(tǒng)電池成為便攜式電子設(shè)備中的新型電源之一。與常規(guī)尺寸相比,微型甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)縮小后陽(yáng)極產(chǎn)物CO2直接影響甲醇傳質(zhì)并抑制性能提高。
　　本文以格子波爾茲曼方法為基礎(chǔ),從理

2、論上研究了電池內(nèi)部反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2氣泡的運(yùn)動(dòng)情況。格子波爾茲曼方法是一種介觀方法,適用于分析流體的微尺度效應(yīng),從而為優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)以及調(diào)整反應(yīng)條件提供了理論上的指導(dǎo)。本文建立了基于格子波爾茲曼方法的陽(yáng)極氣液兩相流模型,模擬仿真幾種重要的微尺度效應(yīng);而后通過(guò)利用微型甲醇燃料電池的可視化結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)驗(yàn)分析了在不同條件下氣泡的排除效率,進(jìn)而確定有利于氣泡排除流道的最佳尺寸和實(shí)驗(yàn)條件。
　　模擬仿真結(jié)果表明在結(jié)構(gòu)方面,流道的孔徑大小,親水

3、性以及截面形狀對(duì)氣泡的流動(dòng)有很大影響;在截面形狀為正方形的情況下氣泡的排除效率最高。而且壁面的接觸角度不是越小越好。其次,進(jìn)出口效應(yīng)表明了進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)盡量地減少銳角的出現(xiàn)就能使氣泡順暢排除。在反應(yīng)條件方面,利用可視化實(shí)驗(yàn)研究了甲醇水溶液的流速以及甲醇濃度都對(duì)氣泡的有效排除有很大影響。流速對(duì)氣泡的生成大小基本沒(méi)有影響但是對(duì)于氣泡的排出效率流速是越大越好。在一定流速下,甲醇濃度越大,氣泡在流道停留時(shí)間越短?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)研究了氣體在流道內(nèi)停留時(shí)