【摘 要】
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氢气循环泵作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆中给未参加反应的氢气进行循环再利用的关键零部件,其安全性及性能特性至关重要。目前,国内外氢气循环泵呈现以爪式泵为主,多种技术路线并存的局面。而爪式泵适用于大功率燃料电池电堆,旋涡式泵由于其小流量、高扬程及质量轻等特点可作为低功率电堆的氢气循环装置,但是旋涡式泵的效率只有20%～40%,电机功率较低时,其效率低于30%。在运行过程中,氢气反应及膜加湿
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氢气循环泵作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆中给未参加反应的氢气进行循环再利用的关键零部件,其安全性及性能特性至关重要。目前,国内外氢气循环泵呈现以爪式泵为主,多种技术路线并存的局面。而爪式泵适用于大功率燃料电池电堆,旋涡式泵由于其小流量、高扬程及质量轻等特点可作为低功率电堆的氢气循环装置,但是旋涡式泵的效率只有20%～40%,电机功率较低时,其效率低于30%。在运行过程中,氢气反应及膜加湿过程中产生的水蒸汽会有部分进入泵内造成冲蚀破坏作用。本文对于设计的一款适用于30k W燃料电池电堆的旋涡式氢气循环泵进行数值模拟。利用Fluent,针对流量、转速、以及氢气入口压力展开研究,着重分析氢气循环泵进出口压差、流量及效率,并与实验相对比,发现流量增加,进出口压差逐渐减小,而效率先增加后减小;当转速增加时,进出口压差增大,且最大效率所对应流量也增加。另外在考虑电堆出口氢气温度下,以DPM模型计算四种相对湿度（25%、50%、75%、100%）下氢气的流量、转速对叶轮冲蚀率的影响,根据结果显示,冲蚀部位主要集中于泵入口处叶片,且冲蚀率大小与相对湿度及流量有关,转速对冲蚀率影响较小。此外,在5k W电堆上进行测试,探究泵在实际运行时性能特性,根据实验结果,单片膜电极产生电压波动较小,电压在0.935-0.965V之间,与未安装氢气循环泵相比,单片膜电极产生的电压提高16.6%以上,本文的研究结果可为PEMFC氢气循环泵的设计和优化提供理论指导。
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