质子交换膜燃料电池压力降及氢气利用率研究

发布时间：2021-10-22 00:48

　　质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的水管理是影响其自身性能和使用寿命的主要因素,保证内部水管理平衡才能减少水淹等现象对PEMFC带来的不良影响。近年来在车用PEMFC的研究推进过程中阴极水淹和阳极缺水问题已经得到了有效的解决,但是阳极水淹问题和其各项参数之间的耦合机理被大家所忽视。本文基于质量守恒和水蒸气性质计算公式建立了PEMFC内部水传递模型,明确了阳极内部水传递机理,通过对称加湿和非对称加湿试验对其进行了验证分析。首先,基于内部水传递机理提出了阳极相对湿度-压力降（RHPD）和氢气利用率（HUC）模型,考虑了净迁移系数和水通率等相关参数对阳极压力降和氢气利用率的影响,推导出了阳极压力降和氢气利用率的计算公式;其次,搭建了燃料电池测试平台并给出了详细的工作原理图,分别对蛇形流道和直流道的PEMFC进行了阳极压力降和氢气利用率测试试验,提出了流道的优化方案并通过试验进行了对比分析;再次,基于流体力学（Gambit、Fluent）软件搭建了PEMFC蛇形流道和直流道的三维模型并进行了网格划分,结合数学模型得到了PEMF... 

【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

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 PEMFC压力降研究现状
        1.2.2 流场板的研究现状
        1.2.3 相对湿度的研究现状
        1.2.4 氢气利用率的研究现状
    1.3 主要研究内容及工作路线
第2章 压力降和氢气利用率模型
    2.1 出口相对湿度模型
    2.2 相对湿度-压力降(RHPD)模型
        2.2.1 压力降和湿度比
        2.2.2 流量和湿度比
        2.2.3 RHPD模型
    2.3 HUC模型
    2.4 本章小结
第3章 PEMFC动态试验过程及参数
    3.1 实验测试平台搭建及测试
        3.1.1 供气系统及误差测试
        3.1.2 水循环系统及误差测试
        3.1.3 控制系统
    3.2 试验PEMFC参数
    3.3 阳极压力降测试方法
    3.4 流场板优化测试方法
    3.5 氢气利用率测试方法
    3.6 本章小结
第4章 PEMFC仿真模型
    4.1 仿真流程
    4.2 三维模型的建立
        4.2.1 蛇形流道PEMFC
        4.2.2 直流道PEMFC
    4.3 网格划分
    4.4 FLUENT仿真
        4.4.1 边界条件
        4.4.2 阳极压力降仿真参数设定
        4.4.3 氢气利用率仿真参数设定
    4.5 网格独立性检验
    4.6 本章小结
第5章 PEMFC参数及性能结果分析
    5.1 阳极压力降结果讨论和分析
        5.1.1 阳极压力降整体趋势
        5.1.2 压力降分段分析
            5.1.2.1 通气阶段
            5.1.2.2 相变阶段
            5.1.2.3 平衡阶段
    5.2 流场板检测试验结果及讨论
    5.3 氢气利用率试验结果及讨论
        5.3.1 仿真云图
        5.3.2 性能分析
        5.3.3 氢气利用率分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要研究工作及成果
    6.2 主要创新点
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3450047