论文部分内容阅读
流场结构的好坏是决定燃料电池组工作性能的关键原因之一。本文以燃料电池的流场结构为研究对象,利用流体力学分析软件FLUENT平台,以工作电压为0.80V时电池的输出电流密度为主要参考标准,对不同结构参数的四通道渐变蛇形燃料电池进行优化,达到提高其工作性能的目的。
⑴以流道长度为25mm、膜面积为25mm×25mm的四流道渐变蛇形流场为例,构建不同几何尺寸的燃料电池模型,运用FLUENT软件的PEM模块进行分析。建立流道、台肩宽度均为1mm的四流道渐变蛇形流场燃料电池单体模型,流道深度分别为0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.00mm、1.25mm,计算得出流道深度为0.50mm的燃料电池输出电流密度较大,为0.027333A/cm2。
⑵固定流道深度为0.50mm,保持流道宽度和台肩宽度总和为2.0mm不变,建立开孔率分别为0.75、0.625、0.50、0.375、0.25,即流道宽度和台肩宽度比值分别为3:1、5:3、1:1、3:5、1:3的四流道渐变蛇形流场燃料电池单体模型进行分析和比较,结果表明,综合考虑电池输出电流密度和流场的压降等因素,开孔率为0.375是比较理想的流场尺寸比。
⑶以膜面积为25mm×25mm的四流道渐变蛇形流场为例,建立一个流道深度为0.50mm、宽度为1mm、台肩宽度为1mm的燃料电池单体模型。保持氢气过量系数为1.5,分别取氧气过量系数为2.0、3.0、4.0,计算得出氧气过量系数为2.0时输出电流密度较大,为0.027333A/cm2。保持氧气过量系数为2.0,分别取氢气过量系数为1.5、2.0、2.5,计算得出氢气过量系数为1.5时输出电流密度较大,为0.027333A/cm2。
⑷分别从流道深度、开孔率两方面对流场结构尺寸进行分析和优化,并比较了氧气与氢气进气量对电池输出性能的影响,对燃料电池的设计制造具有一定指导意义。