PEM燃料電池蛇形流場中氣體與水傳輸?shù)哪M.pdf

1、PEM(Proton Exchange Membrane，質(zhì)子交換膜)燃料電池具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、低溫啟動和無污染等優(yōu)點，作為一種新能源，正越來越受到人們的重視。 本文利用計算流體力學(xué)軟件Fluent模擬分析蛇形流場的PEM燃料電池內(nèi)部反應(yīng)氣體與水的傳輸。得出了一些有意義的結(jié)論，從而對燃料電池的設(shè)計及運行提供一定指導(dǎo)。 文中首先介紹燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部傳質(zhì)、傳熱基本原理，描述PEM燃料電池的三維數(shù)學(xué)模型，包括流動

2、和傳質(zhì)基本方程、催化層中的電化學(xué)反應(yīng)模型、多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散模型、以及流道中水傳輸VOF(Volume OfFluid)模型。 接著，對漸縮流道蛇形流場的燃料電池進(jìn)行模擬分析。通過分析，結(jié)果表明，漸縮流道的流場有利于反應(yīng)物的傳遞、水的排出，并最終提高燃料電池性能，然而也導(dǎo)致流場內(nèi)的壓降增大，所需進(jìn)氣風(fēng)機(jī)的功率增大。所以，應(yīng)從電池整體效率的角度尋找一個最佳的流道漸縮度。 然后，從兩蛇形流道的進(jìn)氣方式及流道排列模式來分析燃料電

3、池內(nèi)氣體與水的傳輸特性。結(jié)果表明，這兩種對蛇形流場的改進(jìn)方式均有利于電池內(nèi)的水氣均勻分布，從而提高了電池性能。 最后，運用Fluent軟件的二相流VOF模塊對蛇形流道中水的傳輸進(jìn)行了模擬分析。通過對下部帶有注水孔直道中水傳輸模擬分析，考察了流道下部擴(kuò)散層表面親疏水性、注水孔尺寸、空氣速度、注水速度等對水傳輸?shù)挠绊?，顯示的結(jié)果表明，疏水?dāng)U散層表面、較小注水孔、較大空氣速度有利于排水；較小注水速度減小了水的生成速度。通過對蛇形流道的