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质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效、清洁、环境友好,成为内燃机最有力的竞争者,被认为是最有潜力的动力装置之一。就目前的PEMFC技术而言,氢气的利用率难以达到100%,未参加反应的氢气随尾气被排放掉,另外,阳极侧不可避免会产生杂质,有必要采用purge的方式将其排出,也会导致少量氢气排放。氢气的大量排放会造成多方面不利的影响。因此有必要像汽车尾气处理那样,采取措施处理燃料电池的氢气尾气排放。本文设计了PEMFC尾气后处理系统,对其关键部件进行了模拟分析,建立燃料电池尾气后处理实验平台,并对其进行试验研究。首先,针对目前处理燃料电池尾氢稀释法、催化燃烧法以及微通道催化燃烧法提出了三种处理方案,并对普通催化燃烧法方案对PEMFC尾气处理系统进行设计。为实现处理燃料电池尾氢这个功能,对PEMFC尾气处理系统进行了功能设计,包括催化反应器、缓冲器、混合器以及冷却子系统等。考虑到氢气催化燃烧危险的潜在性,为了确保安全,还对PEMFC尾气后处理系统进行了安全设计,包括阻火器和单向阀的设计。其次,对PEMFC尾气后处理系统中的关键部件——混合器进行CFD分析,设计了三种不同的混合方案,分别建立了各混合方案的计算模型,并进行了模拟计算,分析了不同方案的流场以及氢气浓度分布场。最后,设计了燃料电池尾气后处理测试系统,建立了试验平台,对燃料电池尾气处理器进行了试验研究。研究了不同操作参数对催化反应器性能的影响。实验结果表明(1)在空速为15000h-1,氢气浓度从0.85%逐渐增加到8.05%条件下对催化反应器性能进行测试,随着反应的进行,氢气的转化率很快提高至100%。(2)氢气流量为200L/h,空速从12543h-1增加至24600h-1,氢气的转化率均为100%。(3)空速保持不变,催化反应器背压从0kPa增加到30kPa,氢气的转化率均为100%。(4)氢气转化率随温度升高变化明显,在室温为10℃时氢气转化率为92.9%,随着温度的升高氢气转化率很快增加至100%。