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基于船舶振动的质子交换膜燃料电池性能影响研究
| 论文题名： | 基于船舶振动的质子交换膜燃料电池性能影响研究 |
| 关键词： | 船舶振动;质子交换膜燃料电池;电压输出;气体分布 |
| 摘要： | 近年来，全球都在面临着严峻的大气污染以及能源短缺问题，燃料电池作为一种清洁、高效的发电装置被认为是不可再生能源的最佳替代品。燃料电池种类繁多，其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）因能量转换效率高、零污染、振动噪声小以及稳定性高等优点，发展潜力巨大。为进一步实现质子交换膜燃料电池作为动力源在远洋船舶上的应用，本文主要研究船舶振动对质子交换膜燃料电池性能影响规律，为后续船用质子交换膜燃料技术发展提供参考依据。 首先，本文总结了本课题的研究背景及振动对质子交换膜燃料电池影响的国内外研究现状，针对本课题研究方向，根据PEMFC结构及原理，以流体动力学模型、电化学模型、极化模型为基础探究PEMFC内部组分之间的热传导以及化学反应过程，通过对比几种数值仿真方法从而选择Fluent PEMFC model进行仿真分析。 其次，针对研究内容探究仿真模型船舶振动载荷施加方法，总结船舶振动形式，将Fluent软件中的滑移网格技术和自定义函数（UDF）宏DEFINE_ZONE_MOTION创新性融合提出一种船舶振动载荷加载方法ZM-UDF，该方法能够定义不同振动特性：方向、振频、振幅。再建立数值模拟的三维几何计算模型，通过对比PEMFC稳态和瞬态电压输出变化来验证所提ZM-UDF方法合理性及有效性。 最后，根据船舶振动特征研究不同振动工况下PEMFC性能变化规律，应用ZM-UDF方法加载不同振动方向、频率、振幅，总结PEMFC内部阴、阳极流道速度场分布、反应气体分布、水分布以及电池性能曲线变化规律。结果表明：船舶振动对PEMFC性能的影响具有矢量性关系，主要表现为垂向振动工况下电池性能下降最为明显，输出电压降低3.2%。进而以垂向振动为基础改变不同振动频率，随着频率的增加PEMFC内部反应气体分布趋于均匀，电池性能由弱化逐渐转换为强化作用。当振动频率为1hz时，性能下降7.9%；当振动频率为20hz时，性能提高0.48%。同样，应用ZM-UDF方法，总结船舶振动振幅-PEMFC性能影响规律，量化船舶垂向振动幅值影响规律，得到在振幅为1mm、频率为2Hz时，电压输出最佳，PEMFC性能提升0.5%。 |
| 作者： | 王曼丽 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 温小飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江海洋大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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