微流燃料电池空气阴极物质传输孔隙尺度模拟

发布时间：2024-02-15 17:27

　　采用格子Boltzmann方法研究了微流燃料电池空气阴极多孔扩散层内多组分物质传输特性。随机重构了扩散层,获得渗透率及有效扩散系数。建立了耦合边界电化学反应的二维模型,研究了过电位、孔隙率对氧气、水蒸气浓度分布及局部反应速率的影响。结果表明,常用的Bruggeman经验关联式会高估氧气有效扩散系数;扩散层孔隙结构对物质传输有重要影响,孔隙率减小使得传质阻力增大,导致局部氧气浓度降低,局部反应速率降低,而水蒸气浓度增大,当孔隙率从0.83降至0.7,催化界面平均氧气浓度从8.472降至8.466 mol·m^-3。

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【部分图文】：

图３二维计箅区域，ｅ＝０．７８，?Ｄ＝７?ｐｍ??Ｆｉｇ．?３?２Ｄ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ｗｉｔｈ?ｅ＝０．７８，?Ｄ＝Ｔ?＾ｉｍ??

２）重复步骤??１．Ｌ直到生成的孔隙率近似接近ｆ设定的孔隙率９图??（ｂ）分别为采用上述随机方法生成的扩散层３Ｄ??孔隙结构。??本文根据多孔扩散层的高分辨率ＳＥＭ图??获得的扩散层碳纤维特征（如孔隙率￡，纤维直径刀??等）重构了多孔扩散层Ｈ维结构。三维重构尺寸为??Ｚ／ａ；＝５....

图４沿ｘ方向（ａ）和ｙ方向（ｂ）的截面平均孔隙率??Ｆｉｇ．?４?Ａｖｅｒａｇｅｄ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｏｉｄ?ｖｏｌｕｍｅ?ｆｒａｃｔｉｏｎｓ?ａｌｏｎｇ?（ａ）?ｘ?ａｎｄ?（ｂ）?ｙ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??

采用上述随机方法生成的扩散层３Ｄ??孔隙结构。??本文根据多孔扩散层的高分辨率ＳＥＭ图??获得的扩散层碳纤维特征（如孔隙率￡，纤维直径刀??等）重构了多孔扩散层Ｈ维结构。三维重构尺寸为??Ｚ／ａ；＝５００?ｆｉｍ，Ｚ／ｙ＝２８０?ｆｉｍ，１＾＝２８０?ｆｉｍ，分辨率为?１??酔／....

图５模型示意图（ａ）和不同反应速．率下ＬＢＭ模拟结果与解析??解对比（ｂ）??Ｆｉ．?５?Ｍｏｄｅｌ?ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，ａＳｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｏｍａｉｎｂ？Ｉ??０．４（Ｌａｔ??ｙ??．２??

９９４??工程热物理学报??４１卷??图５模型示意图（ａ）和不同反应速．率下ＬＢＭ模拟结果与解析??解对比（ｂ）??Ｆｉｇ．?５?Ｍｏｄｅｌ?ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｏｍａｉｎ，?（ｂ）??Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ａｎａｌ....

图１３不同孔隙率下沿ｙ方向（ａ）氧气，（ｂ）水蒸气平均浓度变化曲线??Ｆｉｇ．?１３?Ｏｘｙｇｅｎ?（ａ）?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｖａｐｏｒ?（ｂ）?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏ?

°??ｏ°〇??ｊ〇〇０〇０〇｛??〇〇〇〇°〇??ｅ＝０．８３，?々＝０．３７??ｅ＝０．７，?？？＝０．３７??１．２９８??１．２９７??１．２９６??１．２９５??１．２９４??１．２９３??０?４０?８０?１２０?１６０?２００?２４０??ｙ！＼＼ｍ??１．２９２??ｅ....

本文编号：3900068