【摘 要】
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质子交换膜燃料电池因具有高转换率、高功率密度、快速启动、低污染等优点已被视为未来最有前途的动力电源。其中,燃料电池的水管理是提高燃料电池性能、推广燃料电池商业化
【机 构】
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西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室;
【基金项目】
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国家自然科学基金委面上基金51776159;科技部重点研发项目2017YFB0102702;陕西省杰青项目2019JC-01
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质子交换膜燃料电池因具有高转换率、高功率密度、快速启动、低污染等优点已被视为未来最有前途的动力电源。其中,燃料电池的水管理是提高燃料电池性能、推广燃料电池商业化应用的关键物理问题之一。本文基于燃料电池阴极流场板典型单元,构建了带有进出口分配器的三通道气体流道。在三流道的每个通道内部的四等分节点处分别布置一个出水孔,共9个出水孔,其代表气体扩散层的介观孔。此外,本文基于燃料电池半电池构建了1D+3D的数值模型,其中,1D模型考虑膜电极厚度方向上的化学反应输运过程,3D模型考虑气体流道中的两相流动和传质过程。通过耦合两相流动、传质、化学反应输运过程,采用VOF方法研究了气水两相流动对气体流道压降、液态水饱和度、气体扩散层液态水覆盖率、电流密度分布的影响,着重研究了两相流动对三流道的分配特性和不均匀性的影响。最后,基于以上结果提出了一种改进的流场板构型,能够提高反应物的分配均匀性,该结果对燃料电池流场板的设计具有一定的指导意义。
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