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1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能量轉(zhuǎn)換效率高,環(huán)境友好,可室溫快速啟動,已成為燃料電池研究中的主流。PEMFC內(nèi)部動態(tài)特征對于理解其運行機理進而實行優(yōu)化控制非常重要。本文主要使用計算機模擬的方法來分析電池內(nèi)部的動態(tài)特征,使用了計算流體動力學軟件Fluent中的PEM模塊進行模擬計算。 本文首先描述了PEM電池中的質(zhì)量、動量、能量、組分守恒方程,多孔介質(zhì)的擴散方程,催化層中的電化學方程,膜中水傳遞方程,對數(shù)學模型進行了簡要的分析
2、,模型中的非穩(wěn)態(tài)項是進行電池模塊動態(tài)仿真的基礎(chǔ)。 然后建立了一個單流道單電池的三維結(jié)構(gòu)模型,探討了不同操作參數(shù)對電池穩(wěn)態(tài)性能的影響。結(jié)果表明氣體濕度對電池性能影響很大,提高氣體濕度可以提高電池性能,而在大電流密度下,提高陰極氣體濕度由于濃差極化的影響導致電池性能反而下降;小電流時,空氣過量系數(shù)對電池性能影響不大,而大電流時,提高空氣過量系數(shù),加快排水速度,電池性能提高明顯;溫度升高,電池性能提高;工作壓力升高,電池性能提高。
3、 最后利用Fluent中的非穩(wěn)態(tài)求解器,在穩(wěn)態(tài)結(jié)果的基礎(chǔ)上,分別計算了氣體濕度、空氣流速以及負載改變時,電池的動態(tài)響應能力和動態(tài)性能。研究發(fā)現(xiàn),氣體濕度對電池動態(tài)性能有顯著的影響;燃料電池具有快速的動態(tài)響應能力,改變氣體濕度,1s內(nèi)可以接近穩(wěn)態(tài),3min內(nèi)達到新的穩(wěn)定狀態(tài);負載改變時,氣體濕度越高,電池動態(tài)性能越好。在中、小電流密度下,空氣流速對電池動態(tài)性能影響不大;大電流密度下,空氣流速對電池動態(tài)性能有顯著的影響。而且,空氣流速為
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