具有一側(cè)滲液側(cè)面的微小矩形流道內(nèi)氣液兩相流動(dòng)研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）運(yùn)行過程中，在其流道內(nèi)部往往形成氣液兩相流，弄清該類氣液兩相流的特點(diǎn)，對(duì)提高燃料電池水管理水平，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。在有關(guān)PEMFC的研究中，如何在不發(fā)生水淹的同時(shí)保證電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性的水管理問題是一個(gè)十分重要的課題。雖然近年來有關(guān)燃料電池水管理方面的研究報(bào)告很多，但尚有很多深層次的機(jī)理問題并未弄清。這也嚴(yán)重的制約了相關(guān)研究的深入開展?；诖?，本文以燃料電池陰極流道氣液兩相流動(dòng)為研究基礎(chǔ)，從

2、對(duì)單一液滴的研究入手，進(jìn)而對(duì)流道內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行研究。
　　液滴在微小流道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象有很多應(yīng)用背景，包括化學(xué)工程、航空動(dòng)力工程等領(lǐng)域，而燃料電池也是其中的一個(gè)應(yīng)用背景。對(duì)于PEMFC，在運(yùn)行過程中，隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，氣體擴(kuò)散層表面將逐漸產(chǎn)生小液滴，而且小液滴會(huì)逐漸長(zhǎng)大，并在來流作用下發(fā)生形變。本文將此現(xiàn)象提取出來，研究單一液滴在不銹鋼金屬底板上在來流作用下其出現(xiàn)、生長(zhǎng)、脫離乃至貼附、破碎的整個(gè)過程。
　　為便于對(duì)單一液

3、滴進(jìn)行研究，本文設(shè)計(jì)了可視化流道，研究液滴在流道內(nèi)在來流作用下且自身不斷長(zhǎng)大的過程中的變形情況以及脫離或者貼附行為。采用高速攝像系統(tǒng)獲取液滴變形這一瞬態(tài)過程中的動(dòng)態(tài)信息，而后對(duì)所獲取信息進(jìn)行處理，并變換參數(shù)的不同組合，做組合實(shí)驗(yàn)，研究液滴的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及前后接觸角之差等液滴物性參數(shù)與液滴高度、來流雷諾數(shù)、液滴浸潤(rùn)直徑等之間的關(guān)系，并對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行具體分析，進(jìn)而總結(jié)出各物理參數(shù)之間的影響規(guī)律。對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行疏水性處理，

4、通過對(duì)比研究不同表面特性對(duì)液滴存在狀態(tài)的影響。
　　為便于研究微小流道內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)，本文設(shè)計(jì)了微小流道氣液兩相流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)一個(gè)側(cè)面由透氣性多孔材料構(gòu)成的毫米尺寸的方形流道內(nèi)，沿著流道內(nèi)氣體流動(dòng)方向液體水不斷地通過滲液側(cè)面滲入到氣體流道內(nèi)而形成的氣液兩相流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)過程中，流道尺寸選擇了三種規(guī)格，氣液參數(shù)各選擇多組，并進(jìn)行組合，作為滲液側(cè)面的透氣性多孔材料共選擇兩種，一種是普通碳紙，另一種為經(jīng)PTFE浸