質子交換膜燃料電池堆模型的開發(fā)一直是研究的熱點,因為它可以幫助燃料電池開發(fā)者改進燃料電池堆的設計,使得能夠設計出成本更低,性能更好、效率更高的燃料電池堆。但由于計算成本高、計算時間長,耦合多物理場的電池堆模型較少,大部分的模型只考慮燃料電池堆的流體分布而忽略電化學和傳輸過程等復雜問題。為此,本文重點是開發(fā)一個便于快速計算和分析的燃料電池堆模型,以便能夠在多種條件下準確預測燃料電池堆的性能。首先,本文利用多物理場仿真軟件COMSOL Multiphysics 5.4建立了二維幾何單電池模型,分別選用二次電流分布、濃物質傳遞、Bribkman方程、PDE方程、層流流動以及固體和流體傳熱等物理場。通過對比仿真性能曲線和實驗數據驗證了模型的準確性,然后將50個單電池串聯構成電池堆。其次,在燃料電池堆流量分配問題上,類比電力網絡后,建立了燃料電池堆的流量網絡模型。利用MATLAB和COMSOL迭代求解,獲得了U型結構和Z型結構燃料電池堆氣體、水、電流密度等分布情況。結果表明Z型結構電池堆的分布比U型結構電池堆的分布更加均勻。利用參數化掃描,確定了燃料電池堆比較合適的冷卻液流速。通過優(yōu)化冷卻設計得...

【文章頁數】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2典型質子交換膜燃料電池（PEMFC）示意圖[10]

4圖1-2典型質子交換膜燃料電池（PEMFC）示意圖[10]1.2.2質子交換膜燃料電池流場類型PEMFC的結構對其性能有顯著的影響，可以根據不同的使用要求和所處環(huán)境進行設計。流場設計時的主要考慮事項是總壓降較小，反應物分布均勻，結構簡單和有效除水等。盡管流場設計圖形多種多樣，但....

圖1-3不同類

5因流動路徑過長造成較大的壓降，對于面積比較大的流場板，在流道后段導致反應氣體供應不足，最終影響電池性能[11]。因此單一的蛇形流道主要應用在燃料電池研究初期，但也已經成為了流道構型中的一種基本結構，通常會與其他形式的流道結合應用在流場設計中。③叉指形流場與傳統(tǒng)的流場設計不同，叉....

圖1-3不同類型流場示意圖

5因流動路徑過長造成較大的壓降，對于面積比較大的流場板，在流道后段導致反應氣體供應不足，最終影響電池性能[11]。因此單一的蛇形流道主要應用在燃料電池研究初期，但也已經成為了流道構型中的一種基本結構，通常會與其他形式的流道結合應用在流場設計中。③叉指形流場與傳統(tǒng)的流場設計不同，叉....

圖1-4燃料電池堆棧示意圖[28]

8①-陽極端板；②-陽極集流板；③-冷卻流道板；④-陽極氣體流道板；⑤-陽極氣體擴散層；⑥-質子交換膜；⑦-陰極氣體擴散層；⑧-陰極氣體流道板；⑨-陰極集流板；⑩-陰極端板圖1-4燃料電池堆棧示意圖[28]1.3國內外研究現狀1.3.1燃料電池堆模型的研究現狀燃料電池堆模型的開發(fā)....

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