基于GDL非一致孔隙率的PEMFC模拟仿真
本文选题：PEMFC性能仿真 + GDL变形 ； 参考：《华南理工大学学报(自然科学版)》2017年08期
【摘要】：目前,针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的数值模拟研究大多假设气体扩散层(GDL)的多孔介质孔隙率一致,但实际上GDL受双极板脊背压缩产生的变形会导致孔隙率的非一致性.文中针对装配压力引起的GDL变形及非一致孔隙率情况,基于有限元理论和计算流体力学软件,在FLUENT中导入力学分析得到非一致孔隙率的自定义函数(UDF).模拟结果表明:脊部下方GDL由于孔隙率的变化使得沿Y方向截面纵向气体的流速往双极板方向的递增;且孔隙率的非一致性导致脊部下方的气体浓度较流道下方降低、水含量增大,产生积水现象,这些变化将不利于燃料电池性能的保持.然后在验证函数准确性的同时探究了电池温度、湿度等参数随燃料电池电压的变化规律,并研究了燃料电池内部温度的变化.发现流道下方阴极侧电化学区域比阳极侧温度高,反映了实际燃料电池中阴极侧水堆积现象造成热的传输速度慢于阳极侧的实际情况.
[Abstract]:At present, most of the numerical simulation studies on the performance of PEMFCs based on proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) show that the porosity of porous media is the same as that of gas diffusion layer (GDL), but in fact the deformation of GDL caused by the compression of the back of the bipolar plate will lead to the inconsistency of the porosity.In this paper, based on the finite element theory and computational fluid dynamics software, the GDL deformation and non-uniform porosity caused by assembly pressure are introduced into FLUENT to obtain the self-defined function of non-uniform porosity.The simulation results show that the flow velocity of longitudinal gas along Y section increases to the direction of bipolar plate due to the change of porosity in GDL under ridge, and the gas concentration under ridge is lower than that under channel because of the inconsistency of porosity.Water content increases and water accumulation occurs. These changes will be unfavorable to the performance of fuel cells.At the same time, the variation of the cell temperature and humidity with the fuel cell voltage is studied, and the variation of the internal temperature of the fuel cell is also studied.It is found that the electrochemical region of the cathode side is higher than that of the anode side, which reflects the fact that the heat transfer rate of the cathode side of the fuel cell is slower than that of the anode side due to the phenomenon of water accumulation on the cathode side of the actual fuel cell.
【作者单位】： 同济大学汽车学院∥新能源汽车工程中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51405344) 47期教育部留学归国人员科研启动基金项目 同济大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(1600219247) 公路养护装备国家工程实验室开放基金资助项目(310825151129)~~
【分类号】：TM911.4
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，本文编号：1766434
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