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基于VOF模型的PEMFC流道的数值模拟研究

发布时间:2023-05-13 14:10
  燃料电池技术是一种清洁高效的能源转换技术,水管理是影响质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)工作性能以及工作效率的关键技术,是目前国内外研究热点。PEMFC中的阴极流道存在较为复杂的水淹问题,需要从机理层面分析解决。本文利用VOF(Volume Of Fluid)模型对液态水在电池流道内的气液两相流动问题进行深入的模拟研究,同时在常规直流道和常规蛇形流道的研究基础上提出了三种新型蛇形流道以进一步改善水管理。结果表明,疏水性壁面由于附着力小,更适合作为气体扩散层(Gas Diffusion Layer,GDL)表面;侧壁需要比GDL表面更为亲水的壁面材料,以加快生成的液态水脱离GDL表面,提高电池的工作效率与工作性能,但是过于亲水的壁面反而会形成环状流阻碍反应气的输运;当初始水滴位于角落点时,由于角落以及壁面的粘附力作用大于重力,生成水大部分都会脱离GDL平面,有利于反应气的传输。对于蛇形流道而言,弯道部分壁面的亲水性应与直流道部分侧壁的亲水性保持一致,以保证弯道中气流的稳定性,三种新型流道中,内外弯壁同时倾斜的蛇形双斜坡流...

【文章页数】:78 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
ABSTRUCT
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 PEMFC工作原理
    1.3 水管理研究现状
    1.4 研究内容和意义
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究意义
第2章 数学模型
    2.1 基础几何模型
    2.2 控制方程
    2.3 边界条件
    2.4 数值方法
        2.4.1 参数设置
        2.4.2 网格设置与检验
        2.4.3 离散方法
第3章 壁面亲疏水性对水传输的影响
    3.1 模拟工况
    3.2 入口流速对水传输的影响
    3.3 亲疏水性对水传输的影响
        3.3.1 GDL表面亲疏水性的影响
        3.3.2 壁面与GDL表面亲疏水性的耦合
    3.4 本章小结
第4章 水滴初始位置对水传输的影响
    4.1 模拟工况
    4.2 水滴初始位置偏离GDL表面中心线距离影响结果分析
    4.3 水滴初始位置为流道角落点影响结果分析
    4.4 本章小结
第5章 蛇型流道设计对于水传输的影响
    5.1 模拟工况
    5.2 蛇形直流道亲疏水性的影响
    5.3 蛇形斜坡流道
        5.3.1 外弯壁坡度对水管理的影响
        5.3.2 内弯壁坡度对水管理的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号:3815977

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