質(zhì)子交換膜燃料電池兩相流傳遞特性研究及數(shù)值模擬.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，簡(jiǎn)稱PEMFC）因其工作溫度低、電池啟動(dòng)速度快、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊和比功率高等優(yōu)點(diǎn)得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。它不僅可用于航天、軍事等特殊領(lǐng)域，而且在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電站、便攜式電器設(shè)備等方面具有很大的市場(chǎng)潛力。
　　質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)含水量要求很高，一方面需要足夠的水以保證質(zhì)子交換膜濕潤(rùn)，從而提高質(zhì)子傳導(dǎo)率；另一方面過多的水

2、會(huì)導(dǎo)致燃料電池發(fā)生水淹，阻礙內(nèi)部物質(zhì)傳遞，不利于電池的持久穩(wěn)定運(yùn)行，最終致使電池性能急劇下降。因此，需要對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行合理的水管理，分析和研究電池內(nèi)部水的分布及兩相流動(dòng)情況。
　　通過數(shù)值模擬對(duì)電池中水的分布和兩相流動(dòng)情況進(jìn)行分析并對(duì)電池內(nèi)部流體動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行深入研究，可以從理論上闡述電池的內(nèi)部運(yùn)行情況，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，對(duì)保證電池穩(wěn)定運(yùn)行和提高其性能有重要意義。
　　在計(jì)算流體力學(xué)仿真分析軟件對(duì)燃料電池兩相流水管

3、理仿真的模塊中，程序所設(shè)定的液態(tài)水方程控制的液態(tài)水流動(dòng)方式，與燃料電池中液態(tài)水的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)有很大差異，仿真結(jié)果與電池的真實(shí)工況不符。
　　本文針對(duì)目前計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件的不足，考慮了液態(tài)水在燃料電池中的真實(shí)流動(dòng)情況，建立了與電池真實(shí)工況相符的液態(tài)水輸運(yùn)控制方程。并將此液態(tài)水輸運(yùn)方程添加到流體仿真分析軟件中，對(duì)燃料電池兩相流水管理模塊控制程序進(jìn)行了二次開發(fā)。
　　以采用常規(guī)條形流場(chǎng)的單流道的質(zhì)子交換膜燃料電池為例，應(yīng)