質子交換膜燃料電池樹狀分形流場研究.pdf

1、在各種類型的燃料電池中，質子交換膜燃料電池具有高功率密度、低工作溫度、快速啟動、零排放這些無法比擬的優(yōu)點而受到更多的關注。流場板是質子交換膜燃料電池的一個重要部件，流場的設計是流場板的關鍵。
　　 傳統(tǒng)的流場通道較長和拐彎較多，流道中的壓降大，因而需要消耗較多的外部泵能且氣體分布不均勻。本文嘗試設計出具有多條短流場且多分支的樹狀分形流場，這種設計的意圖在于提高流體分布的均勻性，同時降低流體在流動過程中的整體流阻和壓降，以降低燃料

2、電池運行時的外部能耗。本文主要內容如下:
　　 (1)以荷葉葉脈這種大自然長期進化后具有優(yōu)異的傳質特性的結構為原形，結合構形理論設計出一種樹狀分形結構的新型流場。建立了所提出的樹狀分形流場PEMFC的3D、恒溫、穩(wěn)態(tài)的模型進行數值模擬;將具有樹狀分形流場的PEMFC性能與傳統(tǒng)流場的PEMFC性能進行了對比，結果表明樹狀分形流場的PEMFC綜合性能比傳統(tǒng)流場好。
　　 (2)為提高PEMFC的性能，對樹狀分形流場的流道的四

3、個幾何特征:分形級數、開孔率、流道高度、流道截面形狀進行數值模擬得出了最優(yōu)的幾何特征。提高分形水平數有利于提高樹狀分形流場PEMFC的性能，最優(yōu)開孔率為0.5，最優(yōu)流道高度為0.8mm，采用三角形截面及梯形截面可以提高燃料電池性能;對樹狀分形流場的操作參數進行的優(yōu)化表明提高操作壓力可以提高燃料電池性能，最優(yōu)操作溫度為343K左右，加濕度為100％時燃料電池性能最好。
　　 (3)制備了樹狀分形流場的PEMFC單電池進行性能測試，