PEMFC阳极氢气回流装置模拟与优化研究

发布时间：2017-09-28 03:03

  本文关键词：PEMFC阳极氢气回流装置模拟与优化研究

  更多相关文章： PEMFC CFD 引射器 回流比 结构参数 工作参数

【摘要】：为提高质子交换膜燃料电池效率,减少燃料电池在加速工况的反应时间,燃料电池运行时阳极需供给化学计量比大于1的氢气燃料,从而导致部分未消耗的氢气排出,将该部分氢气回收利用对提高燃料电池的效率、减少大气污染意义重大。相比压缩机来说,采用引射器装置回收是一个较理想的方案。本文主要基于CFD方法建立了三维的用于PEMFC阳极氢气回收系统的引射器的数值模型,准确反映二次回流的真实流动状况,并从结构和工况两方面研究了引射器回流比的变化规律。首先研究了引射器回流比随结构参数的变化规律,包括二次回流管直径、收敛角及倾斜角、吸入腔直径、等压混合管长度和收敛角、等容混合管长度、扩散管角度和长度,确定引射器结构参数的最优值;然后,基于优化后的引射器结构,研究引射器回流比随工作参数的变化规律,包括一次进流质量流率、二次回流湿度和温度;最后,总结得出引射器优化设计方案。研究结果表明,引射器回流比随着二次回流管直径的增大而增大;当二次回流管直径确定时,对之后的各个引射器结构参数来说,吸入腔内的压力越小,该结构参数对应的引射器回流比越大。优化后的引射器结构参数对应一特定的电堆工况,即一次进流质量流率。二次回流湿度和温度越大,引射器回收的氢气越少,水蒸气越多。
【关键词】：PEMFC CFD 引射器 回流比 结构参数 工作参数
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-12
• 字母注释表12-15
• 1 绪论15-20
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 引射器的研究现状16-18
• 1.2.1 应用于冷却和制冷的引射器17
• 1.2.2 应用于SOFC的引射器17
• 1.2.3 应用于PEMFC的引射器17-18
• 1.3 本文的主要工作及意义18-20
• 1.3.1 本文的主要工作18
• 1.3.2 本文的创新点18-20
• 2 引射器的结构原理和理论模型20-30
• 2.1 引射器的结构原理20-21
• 2.2 引射器的设计目标21-23
• 2.3 引射器的理论模型23-28
• 2.3.1 一次进流23-25
• 2.3.2 二次回流25-27
• 2.3.3 一次进流和二次回流混合过程27
• 2.3.4 压力恢复过程27-28
• 2.4 引射器计算的流程框图28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 引射器的三维CFD模型30-37
• 3.1 模型的控制方程30-31
• 3.2 模型的计算域和网格划分31-33
• 3.2.1 CFD计算网格的分类与介绍31-32
• 3.2.2 模型的计算域和网格32-33
• 3.3 模型的边界条件和初始条件33
• 3.3.1 边界条件33
• 3.3.2 初始条件33
• 3.4 模型的数值模拟方法33-35
• 3.5 模型的验证35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 引射器的模拟结果与分析37-60
• 4.1 引射器结构参数对引射器性能的影响37-52
• 4.1.1 引射器流场分析38-39
• 4.1.2 二次回流管直径、收敛角和扩散角对引射器回流比的影响39-41
• 4.1.3 吸入腔直径对引射器回流比的影响41-42
• 4.1.4 等压混合管长度和收敛角对引射器回流比的影响42-44
• 4.1.5 等容混合管长度对引射器回流比的影响44-46
• 4.1.6 扩散管长度和角度对引射器回流比的影响46-47
• 4.1.7 引射器结构参数优化总结47-48
• 4.1.8 引射器结构参数对引射器回流比影响的扩展研究48-52
• 4.2 引射器工作参数对引射器性能的影响52-58
• 4.2.1 一次进流质量流率对引射器性能的影响52-54
• 4.2.2 一次进流温度对引射器性能的影响54-56
• 4.2.3 二次回流湿度和温度对引射器性能的影响56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 5 全文总结与工作展望60-63
• 5.1 全文总结60-61
• 5.2 工作展望61-63
• 参考文献63-67
• 发表论文和参加科研情况说明67-68
• 附录A68-71
• 附录B71-75
• 致谢75-76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱吉钦,王福安;KINETICS OF HYDROGEN PRODUCTION BY PARTIAL OXIDATION AND STEAM REFORMING OF METHANOL[J];化工学报;2003年05期

2 任远;曹广益;朱新坚;;Particle Swarm Optimization based predictive control of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)[J];Journal of Zhejiang University Science A(Science in Engineering);2006年03期

3 杨代军;马建新;邬敏忠;徐麟;;城市大气污染物对PEMFC性能的影响[J];环境科学与技术;2006年04期

4 郝建新;高现文;高鹤明;;基于COMSOL Multiphysics的PEMFC的数值模拟[J];化学工业与工程;2008年05期

5 黄乃宝;梁成浩;郭华;;抛光液对304钢在模拟PEMFC阳极环境中电化学行为的影响[J];腐蚀科学与防护技术;2009年02期

6 卢明;徐晔;郭涛;刘渊;;人防地下工程PEMFC电站储氢方案的选择[J];低温与特气;2010年03期

7 ;Dynamic modeling and simulation test of a 60 kW PEMFC generation system[J];Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering);2011年06期

8 黎润东;宋珂;章桐;;键合图理论在PEMFC建模的应用[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2011年04期

9 ;Experimental and numerical studies of micro PEM fuel cell[J];Acta Mechanica Sinica;2011年05期

10 李艳昆;陈维荣;程站立;游志宇;;基于PEMFC分布式发电系统的动态特性分析[J];可再生能源;2011年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 ;Hydrogen supply system for a 200 watt PEMFC[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

2 ;The current progress of PEMFC cold start models[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

3 ;Recycling of key materials of membrane electrode assembly for PEMFC by acid oxidation method[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

4 ;Progress of Guangdong 300KW PEMFC power station[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

5 ;Effect of Driving Cycle on the performance of PEMFC and microstructure of membrane electrode assembly[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

6 ;Carbon cloth based on PAN carbon fiber practicability for PEMFC applications[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

7 ;Experiment of gravity effect on PEMFC[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

8 ;Rapid Prototyping Bipolar Plate of PEMFC by Gelcasting[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年

9 ;Rapid Prototyping Bipolar Plate of PEMFC by Gelcasting[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年

10 ;In-situ production of CO-free hydrogen for PEMFC application by methane catalytic decomposition integrated with Pd membrane hydrogen separation[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 中国科学院长春应用化学研究所陆天虹;燃料电池汽车商业化前景看好[N];中国化工报;2002年

2 董释伦;氢离子交换膜燃料电池前景看好[N];解放日报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王红星;PEMFC流场与电池性能的模拟研究[D];天津大学;2005年

2 张洁婧;PEMFC电极微观结构模拟[D];天津大学;2012年

3 彭飞;基于PEMFC的现代有轨电车混合动力系统关键技术研究[D];西南交通大学;2014年

4 任远;质子交换膜燃料电池(PEMFC)的智能建模优化与控制研究[D];上海交通大学;2008年

5 邵玉艳;PEMFC铂/碳纳米管催化剂稳定性和电极制备新方法[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 卫国爱;车用PEMFC空气供给系统建模及控制策略研究[D];武汉理工大学;2010年

7 陈昀;储氢合金代铂作为PEMFC和AFC阳极催化材料的电化学过程与电催化特性研究[D];浙江大学;2002年

8 刘宗浩;用于PEMFC的石墨/聚合物复合材料双极板研究[D];天津大学;2005年

9 骆兵;凝胶注模工艺研究及其在制备PEMFC双极板中的应用[D];南京理工大学;2007年

10 王乐萍;基于PEMFC的温差能驱动水下滑翔器能源系统研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈冬浩;自增湿空冷型PEMFC特性的实验分析[D];西南交通大学;2015年

2 张海峰;PEMFC不锈钢双极板表面改性碳基薄膜及其特性研究[D];浙江工业大学;2015年

3 王志文;PEMFC堆输出性能影响分析与膜含水量监测方法研究[D];中国计量学院;2015年

4 赵雨晴;计及电压一致性的kW级空冷型PEMFC动态响应研究[D];西南交通大学;2016年

5 曹洪;便携式PEMFC移动电源系统的设计与实现[D];西南交通大学;2016年

6 周博洋;PEMFC的容错控制研究[D];电子科技大学;2016年

7 陶泽炎;基于内阻检测的PEMFC温湿度特性及控制规则研究[D];中国计量大学;2016年

8 童鹏;面向PEMFC输出性能优化的EIS频率正割角方法研究[D];中国计量大学;2016年

9 周茜;基于多种群模糊遗传算法的PEMFC分数阶建模与控制[D];南京理工大学;2017年

10 胡聪;PEMFC分数阶状态空间建模与自适应控制研究[D];南京理工大学;2017年

，

本文编号：933410