质子交换膜燃料电池波浪形流场设计及优化
发布时间：2021-01-24 17:01
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种通过清洁燃料发生电化学反应产生电能的设备。由于其具有用途广、效率高、可靠性强和无污染等优点,被广泛应用于汽车、船舶和便携式设备等民用和军用设施上。双极板作为燃料电池核心部件,承担着流体分配、冷却散热等任务,其流场设计直接影响电池的传热传质性能。采用传统流场的PEMFC在高电流密度下运行时往往存在传质不佳、催化层内部水淹及温度过高等问题,使得电池的输出性能急剧下降。因此,本文在传统流场的基础上提出了新型的气体流场和冷却流道来强化PEMFC的传热传质能力。首先,本文提出了一种新型的波浪形平行流场,利用CFD方法建立了燃料电池的数学模型,分析了新型流场波浪长度（s）和波幅（a）尺寸对燃料电池输出性能、氧气分布、电流密度分布、液态水分布、流场压降及净输出功率的影响,优化了新型流场波浪长度和波幅尺寸。结果表明:较小的波浪长度和较大的波幅能够有效改善PEMFC的传质和水淹问题,其强化传质机理是由于在低氧区域,流场内部的气体流速要明显高于其余设计从而加速氧气的扩散速率。此外,在0.6V工作电压下,当波浪长度和波幅分别为4 mm和0.8 mm时燃料电池性能达到最佳...
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢能源的利用途径[4]
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论3图1-2质子交换膜燃料电池基本工作原理[10]PEMFC结构由双极板(Bipolarplate)、阴/阳极气体扩散层(Gasdiffusionlayer)、阴/阳极催化层(Catalystlayer)、质子交换膜(Protonexchangemembrane)、密封单元和锁紧单元等部件组成，如图1-3所示[11]。图1-3PEMFC基本结构示意图[11]1.1.2双极板功能及作用双极板作为燃料电池核心部件，承担着进气分配、冷却散热等任务，其流场设计直接影响电池的传热传质性能，对燃料电池发电效率有着重要影响。双极板流场的加工形状对燃料电池的性能影响非常大，目前双极板的流场主要有平行流
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论3图1-2质子交换膜燃料电池基本工作原理[10]PEMFC结构由双极板(Bipolarplate)、阴/阳极气体扩散层(Gasdiffusionlayer)、阴/阳极催化层(Catalystlayer)、质子交换膜(Protonexchangemembrane)、密封单元和锁紧单元等部件组成，如图1-3所示[11]。图1-3PEMFC基本结构示意图[11]1.1.2双极板功能及作用双极板作为燃料电池核心部件，承担着进气分配、冷却散热等任务，其流场设计直接影响电池的传热传质性能，对燃料电池发电效率有着重要影响。双极板流场的加工形状对燃料电池的性能影响非常大，目前双极板的流场主要有平行流
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of bio-inspired flow channel designs on the performance of a PEM fuel cell[J]. Srinivasa Reddy Badduri,G.Naga Srinivasulu,S.Srinivasa Rao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(03)
[2]氢能利用与发展综述[J]. 于蓬,王健,郑金凤,张亮修,王恒元. 汽车实用技术. 2019(24)
[3]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
[4]微小型质子交换膜燃料电池性能测试分析[J]. 梁灵威,方伟强,万珍平,苏凌峰. 电源技术. 2013(01)
[5]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
[6]熔融碳酸盐燃料电池发电厂的应用展望[J]. 沈承,曹广益,朱新坚. 华东电力. 2001(04)
[7]质子交换膜燃料电池的研究与开发[J]. 蒋鹤麟,王瑛,吴志鸿. 稀有金属. 2000(04)
[8]高温固体氧化物燃料电池（SOFC）进展[J]. 江义,李文钊,王世忠. 化学进展. 1997(04)
博士论文
[1]基于强化传质的燃料电池流场优化及水热管理研究[D]. 沈俊.华中科技大学 2018
[2]新时期国家能源发展战略问题研究[D]. 李文华.南开大学 2013
硕士论文
[1]燃料电池系统热力学性能分析及多目标优化研究[D]. 白海霞.湖南理工学院 2018
[2]基于遗传算法的PEMFC优化[D]. 曾祥兵.华中科技大学 2017
本文编号：2997605
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢能源的利用途径[4]
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论3图1-2质子交换膜燃料电池基本工作原理[10]PEMFC结构由双极板(Bipolarplate)、阴/阳极气体扩散层(Gasdiffusionlayer)、阴/阳极催化层(Catalystlayer)、质子交换膜(Protonexchangemembrane)、密封单元和锁紧单元等部件组成，如图1-3所示[11]。图1-3PEMFC基本结构示意图[11]1.1.2双极板功能及作用双极板作为燃料电池核心部件，承担着进气分配、冷却散热等任务，其流场设计直接影响电池的传热传质性能，对燃料电池发电效率有着重要影响。双极板流场的加工形状对燃料电池的性能影响非常大，目前双极板的流场主要有平行流
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论3图1-2质子交换膜燃料电池基本工作原理[10]PEMFC结构由双极板(Bipolarplate)、阴/阳极气体扩散层(Gasdiffusionlayer)、阴/阳极催化层(Catalystlayer)、质子交换膜(Protonexchangemembrane)、密封单元和锁紧单元等部件组成，如图1-3所示[11]。图1-3PEMFC基本结构示意图[11]1.1.2双极板功能及作用双极板作为燃料电池核心部件，承担着进气分配、冷却散热等任务，其流场设计直接影响电池的传热传质性能，对燃料电池发电效率有着重要影响。双极板流场的加工形状对燃料电池的性能影响非常大，目前双极板的流场主要有平行流
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of bio-inspired flow channel designs on the performance of a PEM fuel cell[J]. Srinivasa Reddy Badduri,G.Naga Srinivasulu,S.Srinivasa Rao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(03)
[2]氢能利用与发展综述[J]. 于蓬,王健,郑金凤,张亮修,王恒元. 汽车实用技术. 2019(24)
[3]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
[4]微小型质子交换膜燃料电池性能测试分析[J]. 梁灵威,方伟强,万珍平,苏凌峰. 电源技术. 2013(01)
[5]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
[6]熔融碳酸盐燃料电池发电厂的应用展望[J]. 沈承,曹广益,朱新坚. 华东电力. 2001(04)
[7]质子交换膜燃料电池的研究与开发[J]. 蒋鹤麟,王瑛,吴志鸿. 稀有金属. 2000(04)
[8]高温固体氧化物燃料电池（SOFC）进展[J]. 江义,李文钊,王世忠. 化学进展. 1997(04)
博士论文
[1]基于强化传质的燃料电池流场优化及水热管理研究[D]. 沈俊.华中科技大学 2018
[2]新时期国家能源发展战略问题研究[D]. 李文华.南开大学 2013
硕士论文
[1]燃料电池系统热力学性能分析及多目标优化研究[D]. 白海霞.湖南理工学院 2018
[2]基于遗传算法的PEMFC优化[D]. 曾祥兵.华中科技大学 2017
本文编号：2997605
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