质子交换膜燃料电池电堆结构优化设计与动力学性能研究

发布时间：2022-10-08 20:36

　　质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效、清洁的能源设备,在航空航天、运载交通和便携移动设备等诸多领域具有良好的应用前景。电堆的结构设计、封装方式以及服役中的工况条件都会影响电堆组件的受力状况,进而影响电堆性能。本文以PEMFC电堆为研究对象,利用数值仿真方法进行了结构性能分析与优化设计。第一章综述了国内外相关研究现状,并详细论述了动载荷、封装力和可靠性等电堆结构设计中的关键问题。之后从以下几方面介绍研究内容:第二章介绍了动载荷作用下的车用电堆的结构响应和疲劳损伤分析。针对目前大型电堆的动力学仿真研究的不足,首先开展了电堆振动模态的有限元分析,包括识别电堆主要参与模态,预测电堆在不同频率和方向振动载荷作用下的力学响应,并且讨论了螺栓分布和封装力大小对电堆振动模态的影响。随后在电堆随机振动载荷响应的有限元分析中,依据Miner损伤理论评估了电堆组件的疲劳损伤。从疲劳寿命云图可以发现,螺栓与螺母连接区域以及密封件和PEM的外边缘区域的寿命较短。这说明电堆在服役过程中可能出现螺栓松动、泄漏率上升以及有效电极反应面积减小而导致的性能衰退问题。最后研究了电堆在冲击载荷作用下的力学响应,采用均... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１各类型的燃料电池［３，４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｕｍｍａｒｙ?ｏｆ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?ｔｙｐｅｓ?［３，４］??

图１．２?ＰＥＭＦＣ电堆的结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ＰＥＭＦＣ?ｓｔａｃｋ??

图１．４?ＰＥＭＦＣ工作原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＥＭＦＣ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??


本文编号：3688391