外界供给参数对PEMFC输出性能及水热平衡的影响

为了改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部的水热平衡,从而进一步改善PEMFC的输出性能,文章建立了PEMFC的三维模型,通过改变PEMFC的外界供给参数(进气速度、加湿率以及冷却水流速),应用COMSOL模拟仿真得到了PEMFC的极化曲线和功率曲线、流道和气体扩散层(GDL)的水浓度分布情况,以及冷却水流速对PEMFC温度的影响。研究结果表明:随着进气速度和加湿率的逐渐增加,PEMFC的输出性能均逐渐提升,但是,过高的加湿率可能导致电极水淹;随着冷却水流速的增加,PEMFC温度加速下降,膜内温度分布变得更均匀。     

挡板式8通道蛇形流道PEMFC的性能研究

基于提高质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的内部传质,增强其排水特性、气体分布特性,达到改善其工作性能的目的,建立了三维、稳态、恒温的8通道蛇形流道PEMFC模型,深入分析与讨论了有、无挡板对PEMFC内部传质的影响,以及挡板的阻塞比及挡板数量对PEM...     

基于多模型的Z型流道燃料电池的性能优化

建立三维质子交换膜燃料单电池（PEMFC）数值模型,探究Z型流道PEMFC流道参数（角度、宽度、深度）、运行参数（温度、氢气湿度、氧气化学计量比）对燃料电池性能的影响,并建立多神经网络（MNN）模型,对上述参数进行优化。研究结果表明,最佳流道参数为角度-宽度-深度为25°-1.15 mm-0.85 mm,最佳运行参数为温度-湿度-化学计量比为349.15 K-0.60-4.5。通过对比优化前后的Z型流道PEMFC的性能可看出,优化后的Z型流道PEMFC在稳态特性及瞬态特性方面得到明显改善。     

PEMFC翅脉流道传质及输出性能分析

为研究流道结构对质子交换膜燃料电池（PEMFC）反应气体质量传输及输出性能的影响,建立翅脉流道、叶脉流道及蛇形流道的三维PEMFC几何模型,并对比3种流道的反应气体浓度分布、压力分布及电流密度分布,最后对翅脉流道结构参数进行优化。结果表明,与蛇形流道、叶脉流道相比,翅脉流道能明显改善流道和扩散层内反应气体浓度分布的均匀性,有利于强化反应气体向催化层的质量传递;翅脉流道能减小气体压力分布梯度,使反应气体扩散更加充分;翅脉流道的平均膜电流密度更大,有利于促进电化学反应稳定进行;翅脉流道能改善PEMFC的输出性能,翅脉流道峰值功率密度比蛇形流道、叶脉流道分别提高7.72%和6.25%;减小翅脉流道的直流道长度或圆弧流道圆心角,可提升翅脉流道输出性能。     

气体扩散层厚度对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的气体扩散层(GDL)厚度对燃料电池的输出性能有重要影响。文章利用多物理场直接耦合分析软件(COMSOL Multiphysics 5.0),在电池温度为70℃的条件下,对4种不同厚度的GDL进行模拟分析,并在相同的操作条件下,得到了4组极化曲线、阴极氧气浓度、阴极水浓度、阳极氢气浓度以及电流密度的变化趋势图。对比分析4组变化趋势图后发现:GDL的厚度越小,燃料电池的性能越好;GDL的厚度对阳极氢气的浓度分布影响不大;当GDL的厚度增大时,产生的液态水会堵塞GDL的孔隙,降低GDL的孔隙率。     

阴极挡板排列对PEMFC反应物输运和性能的影响

为了改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,采用流道内使用挡板堵塞的方法,以增强反应气体向催化层的传质。建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,研究了凸字排布、顺排和逆排这3种不同阴极流道挡板的排布方式对PEMFC性能的影响,并与无挡板常规流场进行对比,然后在最佳排布方式的基础上研究了挡板形状(矩形、梯形和半圆形)对PEMFC性能的影响。结果表明：PEMFC阴极流道挡板顺排性能最好,相较于无挡板常规流道,净功率提升了14.3%;使用梯形挡板的PEMFC性能最好,相较于无挡板常规流道,净功率提高了16.4%。     

流道宽度和脊宽度对燃料电池极板流通特性的影响

为研究蛇形流道结构燃料电池流道宽度和脊宽度对燃料电池极板流道流通特性的影响,运用多物理场仿真软件Comsol对不同流道宽度和脊宽度的蛇型流道结构进行仿真,分析流道宽度和脊宽度对流道压降和流道内流体质量流量的影响。结果表明：脊宽度对流道压降和流体质量流量分布的影响小于流道宽度的影响;增大流道宽度可以降低流道压降,增大流道内流体的质量流量;增大脊宽度可以使质量流量小幅减小。综合考虑流道宽度和脊宽度对压降和流体质量流量分布的影响,应在合理范围内尽量增大流道宽度,且脊宽度不应过小。     

质子交换膜燃料电池双极板的设计与模拟分析

质子交换膜燃料电池是直接将化学能转换为电能的装置,双极板上的流道结构对燃料电池的工作性能具有较大的影响。根据应用要求设计了具有平行流道、蛇形流道及希尔伯特分形流道的双极板结构,模拟计算了氢气在不同类型的流道和气体扩散层中的分布状态,分析了燃料电池的输出电流密度和功率密度随电极间电压的变化特点,比较了不同的流道结构对燃料电池输出电流密度的影响,以及不同的工作温度及气体压强的情况下,燃料电池输出电流密度随温度及压强的变化规律。     

HT-PEM燃料电池组合流场的性能模拟

为了研究流场结构对HT-PEM燃料电池性能的影响,运用多物理场直接耦合分析软件(COMSOL Multiphysics),对由两种流道组合而成的4种流场(两种单一流场与两种混合流场)的HT-PEM燃料电池进行了数值模拟。在相同的操作条件下,得到了4种组合流场的极化曲线、阴极氧气浓度变化及阴极流道中心压力变化情况。对模拟结果进行分析和比较得出:阴极氧气浓度和阴极流道中心压力均沿着气体流动方向逐渐降低,其变化主要发生在流道的拐角处及渐变处;综合考虑输出电流密度、气体传质及气体在电极各处分配的均匀性等因素,蛇形渐变流场的整体性能最好,阳极普通蛇形流场/阴极蛇形渐变流场组成的混合流场其次,普通蛇形流场再次,阳极蛇形渐变流场/阴极普通蛇形流场组成的混合流场最差。模拟结果对HT-PEM燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义。     

内部结构对空冷叶片换热性能的影响

为了深入了解空冷透平动叶的冷却机理和冷气流动特性,时某型燃气轮机透平动叶进行了气-热耦合数值模拟.结果表明,叶片端部气膜孔可以促进冷气在蛇形通道中的流动,改善冷却效果;涡流矩阵通道中子通道的宽度与高度比减小会加大涡流矩阵通道中的流动阻力,冷气在涡流矩阵通道中能得到更充分的利用,而对尾缘的冷却能力会下降,致使尾缘温度升高,因此其高宽比与冷气进口条件存在一个最佳组合关系;涡流矩阵通道结构与叶尖之间的间隙会降低冷气的利用率.     

基于鹦鹉螺仿生结构的流道对PEMFC性能提升研究

提出一种基于鹦鹉螺旋转结构的仿生流道并建立三维单相、等温的CFD数值模型进行多物理场模拟研究,该流道进气口位于中心位置,反应气体从流场中心进入,向周围环形流道依次流动。将传统蛇形流道与鹦鹉螺仿生流道进行数值模拟分析,发现鹦鹉螺仿生流道具有反应气体分布更加均匀、除水效果更好、浓差极化损失较小、输出性能更好等优势,相比蛇形流道的峰值电流密度提升46.77%、峰值功率密度提升21.53%。     

光伏-光热复合装置内流动与传热的数值研究

对用于建筑物立面的空气冷却型光伏光/热一体化装置(BIPV/T)内流动与传热特性进行了数值研究,获得了不同流道结构参数和气象参数下BIPV/T装置内部及附近区域的温度场和速度场。研究表明,BIPV/T装置的空气流道高度对PV板温度的影响较小,流道高度在2～4 m时,其高度越低,PV板温度越低;增大流道出口尺寸可降低PV板温度,但出口尺寸越大时,温度随其变化越小;流道出口尺寸固定时,存在一个最佳的装置流道深度尺寸,使PV板的温度达到最低。该研究结果对合理优化BIPV/T装置的结构设计具有参考价值。     

车用PEMFC直流道散热特性研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的散热对其性能有很大影响。文章利用Gambit软件建立带冷却通道的PEMFC模型,使用计算流体力学软件Fluent中的PEM模块进行数值模拟计算。通过改变冷却通道进口处冷却水的流速和温度,对质子交换膜内温度和冷却水出口处温度进行了分析。数据表明,冷却水的流速和温度对PEM内温度分布都有一定影响。为使PEMFC正常稳定工作,冷却水流速不宜过小、温度不宜过低。     

一种新型进气方式对燃料电池水管理效果的影响北大核心CSCD

为了同时解决燃料电池水管理中的干涸(dehydration)和水淹(flooding)问题,提出了一种主副流道分流式的阴极进气加湿方式,并用数值模拟分析了主副流道合流节点位置变化对燃料电池性能的影响,同时与应用非分流式进气加湿方式的燃料电池性能进行了对比。结果表明,分流式阴极进气方式可以同时降低流道内的干涸和水淹程度,从而提高电池性能;当入口处空气摩尔流量固定时,随着阴极流道上主副流道合流节点沿气体流动方向移动,电池输出电压先上升,达到最大值后,逐渐下降。     

PEMFC电堆建模及特殊工况下的动态分析

以包括冷却液通道、阴/阳极气体通道、MEA等4个控制体的PEMFC单池模型为基础,引入了与单池位置相关的反应气压力、水含量和温度的数学描述方法,建立了一种可以体现单池性能差异性的半机理半经验电堆动态模型.在此模型基础上,详细分析了电堆内重要物理量(温度、水含量和输出电压等)在特殊运行工况下(如启动、制动和怠速等)的动态特性.     

间接蒸发传热过程特性分析

本文在考虑壁面两侧流体温度实际变化的前提下,对间接蒸发过程中的主要影响因素,如流体温度、流体速度、流体相对湿度、壁面湿润率以及流道宽度进行了分析研究。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件温度分布的神经网络预测模型

质子交换膜燃料电池膜电极组件表面的温度分布会影响质子交换膜燃料电池的性能、寿命和可靠性.为探究质子交换膜燃料电池传热规律,本文提出了一种基于神经网络的质子交换膜燃料电池膜电极组件温度分布的预测模型.本研究选取径向基函数神经网络(RBF)和广义回归神经网络(GRNN)两种神经网络,以电流密度、温度点的位置作为网络输入,不同位置的温度作为网络输出,对平行流道质子交换膜燃料电池、蛇形流道质子交换膜燃料电池分别建立了神经网络预测模型.结果显示,RBF神经网络预测的均方根误差平均为0.464、平均绝对百分误差为1.179％,GRNN神经网络预测的均方根误差平均为0.7155、平均绝对百分误差为2.27％;相较于GRNN神经网络,RBF神经网络精度更高;基于RBF神经网络的平行流道质子交换膜燃料电池膜电极组件温度分布预测模型预测值与96％的实验值的相对误差在5％以内.基于RBF神经网络的蛇形流道质子交换膜燃料电池膜电极组件温度分布预测模型预测值与95％的实验值的相对误差在5％以内.     

宽度对内置式PV-Trombe墙内通风与换热影响的数值研究

提出一种内置式PV-Trombe墙结构,并运用CFD技术对垂直入口内置式PV-Trombe墙在宽度变化时的自然通风和对流换热进行数值模拟。结果表明,烟囱内气流的温度与速度沿着烟囱通道宽度的方向变化很不均匀。在太阳电池表面存在一个空气温度和速度边界层,使得局部的温度梯度和速度梯度较大。烟囱的通风量随着宽度的增加先逐渐增加到一个极大值,然后随宽度的继续增加而减小。对于该文模型,获得最大通风量的最佳的烟囱的宽度与高度的比为(d/H)_(opt)=1/5。随着宽度的增加,烟囱的自然对流换热增强,空气对电池表面的冷却效果得到改善,因而PV的发电效率略有增加。对多组条件下的计算结果进行多元线性拟合,得到表征通风量与传热特性的无量纲参数Nu数、Re数随Ra*变化的拟合公式,为自然通风设计提供依据。     

二次吹扫条件下PEMFC电堆冷启动特性实验研究

为探究燃料电池低温启动性能,利用自搭建的实验平台,对稳态运行后的PEMFC电堆进行二次吹扫实验,考察吹扫气体温度、流量对吹扫实验中电堆内阻的影响,对经过二次吹扫后的电堆进行多次启动试验,研究进气温度对电堆冷启动性能的影响.实验结果表明:增大吹扫气体温度和流量都可降低电堆内阻,但进气温度影响较小;从启动时间上来看,二次吹...     

质子交换膜燃料电池的建模与输出特性研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种重要的燃料电池,对于发展新型清洁能源以及改善环境有着重要的意义。针对其数学模型与仿真方法展开了研究。首先简单介绍了PEMFC的原理与特性,并构建了PEMFC系统的数学模型,模型主要包括燃料电池模型与气体改革者模型。然后以MATLAB的SIMULINK为平台依据上述模型建立了PEMFC的仿真模型,并利用仿真模型分析了PEMFC在负载变化情况下的输出特性以及燃料变化特性,结果表明,PEMFC能够快速地响应负载的变化,输出特性良好。