徐城杰
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张广升
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刘洪潭
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郭烈锦
工程热物理学报
水的传递和分布对PEM燃料电池的性能具有重要影响,本文建立了一套分区域求解、两相流、非等温数学模型对此进行了研究,首次清晰地展示出二维空间的水传递和分布特性,得到如下有价值的详细信息:沿流动方向阳极侧的总水分浓度不断降低,而阴极侧的却不断升高,阴极流道末端易发生水淹;阴极GDL中的液态水分布随电流大小而不同:小电流时从内到外逐渐减少,而大电流时则逐渐增多.
关键词:
质子交换膜(PEM)
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燃料电池
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水传递
,
数值模拟
马利忠
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申双林
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贾斐
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刘洪潭
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郭烈锦
工程热物理学报
本文建立了一个两相流、非等温、三维模型来研究PEM燃料电池内的传递过程,讨论了其内部水分布和温度分布特性.模拟结果表明水分布和温度分布都不均匀.沿着流动方向阳极侧水浓度逐渐降低,而阴极侧水浓度却不断升高,导致阴极容易形成液态水;在垂直流动方向上,脊下水的浓度和液态水饱和度都高于流道下;不同放电电压下阴极GDL中液态水分布趋势不同.沿流动方向温度逐渐降低,反应气体不足时降低梯度更大;脊下膜电极中温度低于流道下;垂直膜电极方向上最高温度在阴极催化层,放电电压越低,温度梯度越大;相同放电电压下质子交换膜越厚,各处的温度越低,温度梯度也越小.
关键词:
PEM燃料电池
,
水分布
,
温度分布
,
数值模拟
孙红
,
郭烈锦
,
刘洪潭
,
张广升
工程热物理学报
质子膜内水分和阴极多孔电极中液态水含量是PEM燃料电池正常运行的控制因素.本文给出了一个用于研究PEM燃料电池内水迁移的稳态、等温、两相流模型.模型耦合了连续方程、动量守恒方程和物质守恒方程,以及水在质子膜中传递方程.运用试验结果验证了模型的有效性.分析模拟结果表明,增大系统操作压力、升高电池操作温度和降低加湿温度将会使质子膜中水的净迁移通量增大;增大操作压力、降低操作温度和升高加湿温度会增加阴极CTL与GDL界面上液态水含量.
关键词:
质子交换膜
,
燃料电池
,
水迁移
,
操作参数
孙红
,
郭烈锦
,
刘洪潭
,
张广升
工程热物理学报
建立了一个新的二维、两相流模型来研究质子交换膜(PEM)燃料电池中的两相传质及其对质子膜阻抗和阴极性能的影响.模型不仅将催化剂层(CL)包含在电极中,还考虑了电池中相变及其对传质的影响.模型可同时使用在电池的阴极和阳极.主要模拟了电池阴极中两相传质、质子膜阻抗、阴极有效孔隙率和电流密度.模拟结果显示,提高加湿温度可以降低质子膜的阻抗,但过高的加湿温度会降低阴极气体扩散层(GDL)的有效孔隙率,降低阴极的性能.
关键词:
燃料电池
,
质子交换膜
,
两相流
,
传质
孙红
,
吴玉厚
,
刘洪潭
工程热物理学报
水和热的管理对PEM燃料电池的性能具有决定性的作用.本文建立了一个两相流模型,对PEM燃料电池换质子交换膜和阴极中的水分和温度进行了模拟,分析了燃料电池阴极中液态水和质子交换膜中水分,以及阴极催化剂层和质子交换膜中温度的分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度,电池阴极中的液态水和质子交换膜中的含水量显著增加;沿着气体流动方向,燃料电池内的温度降低,水分含量升高;从质子交换膜阳极侧到阴极催化剂层中,温度先升高,达到最大值后,渐渐降低.
关键词:
质子交换膜
,
燃料电池
,
数学模型
,
水和热管理
