质子交换膜燃料电池翼型交叉流场结构优化及多物理场耦合传输机理研究
双极板(BP)中流场的适当设计对于提高质子交换膜燃料电池(PEMFCs)在水输送、气体分配和净功率密度提升中具有重要意义。
首先,本项目基于仿生学和分形理论提出了翼型交叉流场(ACFF)结构设计。在PEMFC中,这种特殊的结构提高了气体向GDL的扩散,并有助于去除沟道肋下积聚的水。运用正交试验法,探究了翼型销的几何参数对电池传热传质能力的影响。旨在确定ACFF最佳的几何参数和水平组合。
其次,在考虑真实的物理条件下,探究了翼型几何形状和排列方式对电池性能的影响。运用ANSYS FLUENT软件包求解了一组连续性、动量、能量、物质和电化学方程,对温度场、速度场、压力场等进行了多物理场耦合分析。旨在确定ACFF最佳的几何形状和排列方式。
最后,探究了ACFF模式操作条件对电池性能的影响。并且将ACFF与其他传统流程进行了对比分析。结合质子交换膜中水含量、催化层表面氧气分布均匀性、气体扩散层表面水盖率、流场压降分布等进行综合分析并评价。旨在确定ACFF最佳的操作条件,以及验证本模型的优越性。
研究工作为电池流场结构设计提供了一种新的思路,对PEMFC液态水管理具有一定的指导意义,为提高电池