螺栓数目及位置对PEM燃料电池接触压力的影响
发布时间：2020-12-26 11:19
质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池中双极板与气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)之间的接触压力及其分布均匀性对电池性能至关重要,基于有限元方法建立了一个完整的单电池有限元模型,模拟了6种不同的螺栓装配方式下GDL与双极板之间的接触压力及其分布,研究了螺栓数目及位置分布对PEM燃料电池接触压力的影响。有限元模拟结果表明:在相同的总螺栓载荷下,螺栓数目及位置分布不同均对GDL与双极板之间的接触压力及其均匀性有明显的影响,螺栓数目增加,接触压力随之增大,接触压力均匀性也随之提升,在本研究工作中第5种螺栓装配情况下接触压力均匀性最好。
【文章来源】：电源技术. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２所示，其中垫片是不可压缩材料，故?
２５个单元。??１．３定义相互作用??组装后的ＰＥＭ燃料电池各构件间面面接触，且不会相对??滑移。故采用小滑移定义ＰＥＭ燃料电池模型的接触对，法向??采用硬接触，切向设置为粗粮。??１．４载荷施加及边界条件??通过施加螺栓扭矩来模拟ＰＥＭ燃料电池封装情况。为了??研究螺栓数目及位置分布对ＰＥＭ燃料电池接触压力的影响，??本文研究了?６种不同的装配方式（即６种不同的螺栓数目及其??位置分布情况），在所有的组装方式下总螺栓扭矩保持一致。第??１种情况：螺栓数为４个，螺栓位置分布如图３（ａ）所示，每个螺??栓扭矩均为６?Ｎ＊ｍ；第２种情况：螺栓数为４个，螺栓位置分??布如图３（ｂ）所示，每个螺栓扭矩均为６?Ｎ＊ｍ；第３种情况：螺??检数为６个，螺栓位置分布如图３（ｃ）所示，每个螺栓扭矩均为??４?Ｎ＊ｍ；第４种情况：螺栓数为６个，螺栓位置分布如图３（ｄ）所??示，每个螺栓扭矩均为４?Ｎ＊ｍ；第５种情况：螺栓数为８个，螺??栓位置分布如图３（ｅ）所示，每个螺栓扭矩均为３?Ｎ＿ｍ；第６种??情况：螺栓数为８个，螺栓位置分布如图３（ｆ）所示，每个螺栓扭??图１?ＰＥＭ燃料电池几何模型??表２?构件的材料属性??构件??弹性模量??Ｅ／ＭＰａ，??泊松比ｐ??线膨胀系数??材料或型号??端板??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??电流收集器??１０６?０００??０．３２４??１８??黄铜??双极板??１３?０００??０．２１??５．５??石墨??密封垫片??５．７??０．４９５??７７??硅橡胶??ＧＤＬ??６．３??０．０９??—０．８??ＴＧＰ－Ｈ－０６０??质子交换膜??１８．５??０．３３??１２
?线膨胀系数??材料或型号??端板??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??电流收集器??１０６?０００??０．３２４??１８??黄铜??双极板??１３?０００??０．２１??５．５??石墨??密封垫片??５．７??０．４９５??７７??硅橡胶??ＧＤＬ??６．３??０．０９??—０．８??ＴＧＰ－Ｈ－０６０??质子交换膜??１８．５??０．３３??１２３??Ｎａｆｉｏｎ２１２??螺栓??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??１．２网格划分??模型网格划分如图２所示，其中垫片是不可压缩材料，故??用杂交单元，即Ｃ３Ｄ８Ｈ单元，其余部分采用单元类型是??图２?ＰＥＭＦＣ模型网格划分图??矩均为３?Ｎ＊ｍ。定义螺栓扭矩时将螺栓扭矩Ｔ转换为螺栓载??荷Ｆ，其转换关系如式（１）：??Ｔ?＝?ｋｘＦｘｄ?（１）??式中：Ｔ为螺栓扭矩；Ｆ为螺栓载荷；ｆｃ为经验系数，为０．２；?ｄ为??螺栓直径，为８?ｍｍ。边界条件设置全部螺栓端部固定，燃料电??池反应温度为８０°Ｃ?，故施加恒定的８０°Ｃ的温度常??｜?伞??十?十??寸??ａ．?４螺栓Ｉ分布??１１４??〇?〇??ｂ．?４螺栓ＩＩ分布??１１４??ｃ．?６螺栓Ｉ分布?ｅ＿?８螺栓Ｉ分布??图３?螺栓分布图??１．５实验验证??为了验证有限元模型的可靠性，利用ＦＵＪＩ公司的压力传??感膜来测定ＰＥＭ燃料电池双极板与ＧＤＬ之间的接触压力。??将双片低压（ＬＷ）型压力传感膜放人双极板与ＧＤＬ之间，按照??８螺栓第Ｉ分布的装配方式装配，然后将组装好的电池放人恒??温箱保温１０?ｍｉｎ，恒温箱的温度设为８（ＴＣ。燃料电池冷却到??２
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池不同流场接触压力有限元分析[J]. 周崇波,方醒,阮炯明,杨庆华. 热力发电. 2019(03)
[2]锁紧螺栓数目及位置对PEMFC双极板变形影响[J]. 艾有俊,陈涛,杜斌. 机械设计与制造. 2015(02)
[3]PEM燃料电池组装接触压力的有限元分析[J]. 刘永昌,胡学家,谈金祝,张晓维. 电源技术. 2014(10)
本文编号：2939597
【文章来源】：电源技术. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２所示，其中垫片是不可压缩材料，故?
２５个单元。??１．３定义相互作用??组装后的ＰＥＭ燃料电池各构件间面面接触，且不会相对??滑移。故采用小滑移定义ＰＥＭ燃料电池模型的接触对，法向??采用硬接触，切向设置为粗粮。??１．４载荷施加及边界条件??通过施加螺栓扭矩来模拟ＰＥＭ燃料电池封装情况。为了??研究螺栓数目及位置分布对ＰＥＭ燃料电池接触压力的影响，??本文研究了?６种不同的装配方式（即６种不同的螺栓数目及其??位置分布情况），在所有的组装方式下总螺栓扭矩保持一致。第??１种情况：螺栓数为４个，螺栓位置分布如图３（ａ）所示，每个螺??栓扭矩均为６?Ｎ＊ｍ；第２种情况：螺栓数为４个，螺栓位置分??布如图３（ｂ）所示，每个螺栓扭矩均为６?Ｎ＊ｍ；第３种情况：螺??检数为６个，螺栓位置分布如图３（ｃ）所示，每个螺栓扭矩均为??４?Ｎ＊ｍ；第４种情况：螺栓数为６个，螺栓位置分布如图３（ｄ）所??示，每个螺栓扭矩均为４?Ｎ＊ｍ；第５种情况：螺栓数为８个，螺??栓位置分布如图３（ｅ）所示，每个螺栓扭矩均为３?Ｎ＿ｍ；第６种??情况：螺栓数为８个，螺栓位置分布如图３（ｆ）所示，每个螺栓扭??图１?ＰＥＭ燃料电池几何模型??表２?构件的材料属性??构件??弹性模量??Ｅ／ＭＰａ，??泊松比ｐ??线膨胀系数??材料或型号??端板??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??电流收集器??１０６?０００??０．３２４??１８??黄铜??双极板??１３?０００??０．２１??５．５??石墨??密封垫片??５．７??０．４９５??７７??硅橡胶??ＧＤＬ??６．３??０．０９??—０．８??ＴＧＰ－Ｈ－０６０??质子交换膜??１８．５??０．３３??１２
?线膨胀系数??材料或型号??端板??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??电流收集器??１０６?０００??０．３２４??１８??黄铜??双极板??１３?０００??０．２１??５．５??石墨??密封垫片??５．７??０．４９５??７７??硅橡胶??ＧＤＬ??６．３??０．０９??—０．８??ＴＧＰ－Ｈ－０６０??质子交换膜??１８．５??０．３３??１２３??Ｎａｆｉｏｎ２１２??螺栓??２１０?０００??０．３??２３??Ｑ２３５??１．２网格划分??模型网格划分如图２所示，其中垫片是不可压缩材料，故??用杂交单元，即Ｃ３Ｄ８Ｈ单元，其余部分采用单元类型是??图２?ＰＥＭＦＣ模型网格划分图??矩均为３?Ｎ＊ｍ。定义螺栓扭矩时将螺栓扭矩Ｔ转换为螺栓载??荷Ｆ，其转换关系如式（１）：??Ｔ?＝?ｋｘＦｘｄ?（１）??式中：Ｔ为螺栓扭矩；Ｆ为螺栓载荷；ｆｃ为经验系数，为０．２；?ｄ为??螺栓直径，为８?ｍｍ。边界条件设置全部螺栓端部固定，燃料电??池反应温度为８０°Ｃ?，故施加恒定的８０°Ｃ的温度常??｜?伞??十?十??寸??ａ．?４螺栓Ｉ分布??１１４??〇?〇??ｂ．?４螺栓ＩＩ分布??１１４??ｃ．?６螺栓Ｉ分布?ｅ＿?８螺栓Ｉ分布??图３?螺栓分布图??１．５实验验证??为了验证有限元模型的可靠性，利用ＦＵＪＩ公司的压力传??感膜来测定ＰＥＭ燃料电池双极板与ＧＤＬ之间的接触压力。??将双片低压（ＬＷ）型压力传感膜放人双极板与ＧＤＬ之间，按照??８螺栓第Ｉ分布的装配方式装配，然后将组装好的电池放人恒??温箱保温１０?ｍｉｎ，恒温箱的温度设为８（ＴＣ。燃料电池冷却到??２
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池不同流场接触压力有限元分析[J]. 周崇波,方醒,阮炯明,杨庆华. 热力发电. 2019(03)
[2]锁紧螺栓数目及位置对PEMFC双极板变形影响[J]. 艾有俊,陈涛,杜斌. 机械设计与制造. 2015(02)
[3]PEM燃料电池组装接触压力的有限元分析[J]. 刘永昌,胡学家,谈金祝,张晓维. 电源技术. 2014(10)
本文编号：2939597
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