进气加湿效率对车用燃料电池性能影响的研究

发布时间：2021-06-28 11:17

　　为了研究质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的进气加湿对其性能的影响,本文从仿真和实验两方面进行了研究,首先,提出了进气加湿效率（inlet gas humidification efficiency,IGHE）模型并介绍了相关计算,进气加湿效率模型考虑了PEMFC内部电化学反应生成水量和外部进气加湿的携水量之间的关系,推导了进气加湿效率计算公式,进而给出了依据该进气加湿效率和加湿参数计算PEMFC电流密度的公式;其次,给出燃料电池计算的流程图及计算方法,在此基础上实现对燃料电池的仿真,包括:根据实验用的燃料电池尺寸建立几何模型并进行网格划分,运用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）软件Fluent对划分好的网格进行计算;然后,给出了PEMFC实验系统的工作原理及测试方法、燃料电池测试设备及实验步骤以及对称加湿实验参数,具体参数为燃料电池运行温度为70℃,阴阳极采用对称加湿方式进行,相对湿度分别为40%、55%、70%、85%和100%;最后,对仿真和实验结果进行了详细分析,... 

【文章来源】：北京建筑大学北京市

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

燃料电池几何模型

图 2-3 计算网格划分及局部放大图Fig. 2-3 Computational meshes and partial enlargements表 2-2 燃料电池各部分计算网格数量Table 2-2 Computational meshes amounts of each PEMFC element燃料电池各组成部分 网格数量阳极集流板 833581阳极流道 222892阳极扩散层 288000阳极催化层 288000质子交换膜 288000阴极催化层 288000阴极扩散层 288000阴极流道 274464阴极集流板 9491162.4 本章小结本章提出了进气加湿效率（IGHE）模型及相关计算，在此基础上给出了计算流程及计算方法，最后详细介绍了几何模型的建立及网格划分。（1）提出燃料电池进气加湿效率模型，给出了对称加湿情况下的进气加湿效率计算公式，在对称加湿情况下，该公式可以根据进气携水量 、进气加湿效率 和电迁

第 4 章 极化曲线和云图分析气加湿携水量对质子交换膜水合起主要作用；所以当电池运行在低电流密0~50 mA/cm ）时，进气加湿携水量对电池性能的影响较大；随着电池电流密度的，电池内部电化学反应加剧，进气加湿携水量对质子交换膜的水合作用逐渐减小。流密度较高（50~350 mA/cm ）时，电池内部电化学反应产生的水对质子交换膜的起主要作用；此时，进气加湿携水量对电池性能的影响减小；当前情况下，由于进对湿度为 40%，进气加湿携水量较小，所以此时采用进气加湿效率模型计算结果luent 模型的计算结果提升较大。事实证明，随着燃料电池电流密度增大，进气加湿量对燃料电池性能的影响在逐步降低；所以进气加湿效率模型与 Fluent 模型间的差随着电流密度的增大而减小。在电池电流密度为350 mA/cm ，阴阳极相对湿度都0%的情况下，燃料电池的进气加湿效率为 57%，这意味着进气加湿对燃料电池性能响较大。从功率密度曲线可以看出，燃料电池的功率与电流密度基本呈线性关系。料电池的电流密度为350 mA/cm 时，实验值、进气加湿效率模型和 Fluent 模型的功率密度分别为230 mW/cm 、235 mW/cm 和245 mW/cm ，三组结果的功率密电流密度的比值分别为0.66 mW/mA、0.67 mW/mA和0.70 mW/mA。


本文编号：3254219