多蛇形流道几何特征的数值研究

合理的流道几何特征可以提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能;使用Fluent软件以多蛇形流场板为研究对象,从反应气体进入流场开始到排出流场结束,针对流道的几何特征进行了系统的数值研究与优化;首先用微流体元件中微流道之缓冲区的设计方法对八流道流场板入口进行了优化使反应气体流速更加均匀,然后对单一型及复合型流道截面进行了数值研究,最后研究了流道基本尺寸——流道深度、流道与脊背宽度对燃料电池性能的影响;相对最优的流道深度为0.45mm,流道宽度与脊背宽度为1mm;对实际设计及燃料电池双极板的制造有参考意义。     

简支复合矩形对称层合板的近似分析法

为了研究一般简支对称层合板近似求法适用性问题,依据Ritz法、最小势能原理经代数转化获得便于MATLAB编程的力学解析解;不同长宽比A_R与铺层角度θ下,正交与10%原则设计层合板通过有限元法(FEM)、正交长层合板近似(OLA)、正交层合板近似(OA)得到值和解析解对比。结果表明:FEM法与解析解中面最大位移值w~0误差在5%以内,随A_R增大,两者误差趋于稳定并一致;正交板在低弯曲刚度D_(11)下,OLA法在临界A_R处w~0误差达294.4%,而大A_R下,OLA与解析解结果一致;10%原则板在A_R大于3时,FEM和OA法得到w~0与解析解一致,A_R小于3时,两近似法符合工程需求,但大弯扭耦合D_(16),D_(26)下,在A_R=1,2,θ=90°时,误差为10.98%,8.67%,相较于解析解有较大误差。研究结果为复合材料结构设计阶段提供了一定的参考。     

基于树状分形流场的PEMFC传质性能分析

双极板的设计和其流场几何形状对质子交换膜燃料(PEMFC)电池的工作性能有着直接的影响。改进流场形状对电池的功率密度,反应物的运输起着重要的作用。将树状分形引入交指形流场的设计,通过对比分析,得出基于树状分形的交指形流场的质子交换膜燃料电池功率密度比交指流场的高了36.7%,并在一定范围内提高了氢气的利用率和质子交换膜的水含量。