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车用质子交换膜燃料电池动态特性的研究
| 论文题名： | 车用质子交换膜燃料电池动态特性的研究 |
| 关键词： | 质子交换膜燃料电池;动态特性;计算流体动力学;模拟计算 |
| 摘要： | 质子交换膜燃料电池(PEMFC)能量转换效率高，环境友好，可室温快速启动，已成为燃料电池研究中的主流。PEMFC内部动态特征对于理解其运行机理进而实行优化控制非常重要。本文主要使用计算机模拟的方法来分析电池内部的动态特征，使用了计算流体动力学软件Fluent中的PEM模块进行模拟计算。 本文首先描述了PEM电池中的质量、动量、能量、组分守恒方程，多孔介质的扩散方程，催化层中的电化学方程，膜中水传递方程，对数学模型进行了简要的分析，模型中的非稳态项是进行电池模块动态仿真的基础。 然后建立了一个单流道单电池的三维结构模型，探讨了不同操作参数对电池稳态性能的影响。结果表明气体湿度对电池性能影响很大，提高气体湿度可以提高电池性能，而在大电流密度下，提高阴极气体湿度由于浓差极化的影响导致电池性能反而下降；小电流时，空气过量系数对电池性能影响不大，而大电流时，提高空气过量系数，加快排水速度，电池性能提高明显；温度升高，电池性能提高；工作压力升高，电池性能提高。 最后利用Fluent中的非稳态求解器，在稳态结果的基础上，分别计算了气体湿度、空气流速以及负载改变时，电池的动态响应能力和动态性能。研究发现，气体湿度对电池动态性能有显著的影响；燃料电池具有快速的动态响应能力，改变气体湿度，1s内可以接近稳态，3min内达到新的稳定状态；负载改变时，气体湿度越高，电池动态性能越好。在中、小电流密度下，空气流速对电池动态性能影响不大；大电流密度下，空气流速对电池动态性能有显著的影响。而且，空气流速为0.646 m/s，电流密度超过0.8 A/cm<'2>时，电池不稳定，增加负载，电池会由于气体供应不足出现反极现象；空气流速为1.292 m/s，电池动态性能得到很大的提高，负载改变，没有明显的正/负脉冲，电池响应迅速、稳定；适当的提高空气流速可以有效的提高排水能力，提高电池性能。 |
| 作者： | 涂曙光 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 杜传进;肖金生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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