质子交换膜燃料电池热分布及性能研究
发布时间:2023-06-19 18:33
近年来,随着汽车尾气的排放和大量化石燃料的燃烧,环境污染问题越来越严重,人们迫切需求一种新型的低污染或无污染的替代能源来解决当下的环境污染问题;其中质子交换膜燃料电池因能量密度高、工作温度低、无污染等优点成为了广大科研工作者的研究热点。本文基于质子交换膜燃料电池的理论研究,进行了以下工作:(1)基于质子交换膜燃料电池的质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程、组分守恒方程和传质方程等,建立了直流道矩形截面的质子交换膜燃料电池数值模型并进行数值仿真研究;结果表明在相同的操作参数下此仿真结果与公开发表的实验结果相吻合,证明建立的数值模型正确并可用于后续的研究;(2)采用前述的仿真方法,再分别建立梯形、长圆形截面流道的PEMFC模型,并设置相同的操作参数,研究不同流道截面对电池整体温度分布、横贯电极方向温度分布、膜内温度分布以及对电池输出性能的影响,从而得到使电池膜内温差最小、输出性能相对最优的流道截面;(3)以矩形截面流道为基础,分别建立了3种不同气体扩散层厚度的对称气体扩散层PEMFC模型和6种非对称气体扩散层厚度的PEMFC模型,研究了9种模型对电池内部的温度分布和输出性能的影响,得出...
【文章页数】:68 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 燃料电池的分类
1.3 质子交换膜燃料电池
1.3.1 PEMFC的工作原理
1.3.2 PEMFC的优点
1.4 质子交换膜燃料电池热管理研究现状
1.4.1 模型研究
1.4.2 实验研究
1.5 本文的主要工作
2 质子交换膜燃料电池的数学模型
2.1 PEMFC流场分析模型
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 能量守恒方程
2.1.3 动量守恒方程
2.1.4 组分守恒方程
2.1.5 传质方程
2.2 PEMFC电化学模型
2.3 PEMFC热力学
2.3.1 吉布自由能与可逆电位
2.3.2 能斯特电压
2.4 PEMFC动力学
2.4.1 PEMFC开路电压
2.4.2 PEMFC的活化过电压
2.4.3 PEMFC的欧姆过电压
2.4.4 PEMFC的浓差过电压
2.5 直流道矩形截面的PEMFC几何模型
2.6 直流道矩形截面的PEMFC极化曲线
2.7 本章小结
3 流道截面形状对PEMFC内部温度分布的影响
3.1 不同截面形状的PEMFC流道模型
3.2 流道截面形状对PEMFC内部温度分布的影响
3.2.1 电池整体温度分布
3.2.2 PEMFC膜内温度分布
3.2.3 PEMFC横贯电极方向温度分布
3.3 不同流道截面形状的PEMFC极化曲线
3.4 本章小结
4 气体扩散层厚度对PEMFC热质传递的影响
4.1 对称结构的PEMFC
4.1.1 不同气体扩散层厚度的PEMFC几何模型
4.1.2 气体扩散层厚度对PEMFC内部传质的研究
4.1.3 气体扩散层厚度对PEMFC内部温度分布的影响
4.1.4 不同对称气体扩散层厚度的PEMFC极化曲线
4.2 非对称结构的PEMFC
4.2.1 不同气体扩散层厚度的PEMFC几何模型
4.2.2 气体扩散层厚度对PEMFC内部水含量的影响
4.2.3 气体扩散层厚度对PEMFC内部温度分布的影响
4.2.4 不同气体扩散层厚度的PEMFC极化曲线
4.3 本章小结
5 进气方式对PEMFC内部温度分布及输出性能的影响
5.1 不同进气方式所用PEMFC模型
5.2 交替进气原理
5.3 不同进气方式下膜中水含量的分布
5.4 不同进气方式下膜中温度分布
5.5 不同进气方式下电池的输出性能
5.6 周期性进气对膜中温度分布的影响
5.7 阴极流道空气流速对电池温度及性能的影响
5.7.1 阴极流道空气流速对电池温度分布的影响
5.7.2 阴极流道空气流速对电池输出性能的影响
5.8 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
本文编号:3834901
【文章页数】:68 页
【学位级别】:硕士
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摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 燃料电池的分类
1.3 质子交换膜燃料电池
1.3.1 PEMFC的工作原理
1.3.2 PEMFC的优点
1.4 质子交换膜燃料电池热管理研究现状
1.4.1 模型研究
1.4.2 实验研究
1.5 本文的主要工作
2 质子交换膜燃料电池的数学模型
2.1 PEMFC流场分析模型
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 能量守恒方程
2.1.3 动量守恒方程
2.1.4 组分守恒方程
2.1.5 传质方程
2.2 PEMFC电化学模型
2.3 PEMFC热力学
2.3.1 吉布自由能与可逆电位
2.3.2 能斯特电压
2.4 PEMFC动力学
2.4.1 PEMFC开路电压
2.4.2 PEMFC的活化过电压
2.4.3 PEMFC的欧姆过电压
2.4.4 PEMFC的浓差过电压
2.5 直流道矩形截面的PEMFC几何模型
2.6 直流道矩形截面的PEMFC极化曲线
2.7 本章小结
3 流道截面形状对PEMFC内部温度分布的影响
3.1 不同截面形状的PEMFC流道模型
3.2 流道截面形状对PEMFC内部温度分布的影响
3.2.1 电池整体温度分布
3.2.2 PEMFC膜内温度分布
3.2.3 PEMFC横贯电极方向温度分布
3.3 不同流道截面形状的PEMFC极化曲线
3.4 本章小结
4 气体扩散层厚度对PEMFC热质传递的影响
4.1 对称结构的PEMFC
4.1.1 不同气体扩散层厚度的PEMFC几何模型
4.1.2 气体扩散层厚度对PEMFC内部传质的研究
4.1.3 气体扩散层厚度对PEMFC内部温度分布的影响
4.1.4 不同对称气体扩散层厚度的PEMFC极化曲线
4.2 非对称结构的PEMFC
4.2.1 不同气体扩散层厚度的PEMFC几何模型
4.2.2 气体扩散层厚度对PEMFC内部水含量的影响
4.2.3 气体扩散层厚度对PEMFC内部温度分布的影响
4.2.4 不同气体扩散层厚度的PEMFC极化曲线
4.3 本章小结
5 进气方式对PEMFC内部温度分布及输出性能的影响
5.1 不同进气方式所用PEMFC模型
5.2 交替进气原理
5.3 不同进气方式下膜中水含量的分布
5.4 不同进气方式下膜中温度分布
5.5 不同进气方式下电池的输出性能
5.6 周期性进气对膜中温度分布的影响
5.7 阴极流道空气流速对电池温度及性能的影响
5.7.1 阴极流道空气流速对电池温度分布的影响
5.7.2 阴极流道空气流速对电池输出性能的影响
5.8 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
本文编号:3834901
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3834901.html
教材专著