分会场

燃料电池与储能

摘要

质子交换膜燃料电池内部存在着复杂的多相和多组分传质过程，通过探究电池内部传质机理，不断优化和改进电池性能是实现良好水管理能力的重要内容，然而双极板内流场的结构设计对水管理有着至关重要的影响。通过强化质子交换膜燃料电池流道内气体的传质效果和水输运能力，设计了一种带有堵块结构的U型流场，为了更好的预测带有堵块结构流场中液态水的输运特性，研究采中用了流体体积法，对流道内液态水的生成和动力学行为进行了数值模拟，研究包括堵块结构的分布和数量、入口操作条件、流动过程的阻力损失并详细的考虑堵块结构表面的亲、疏水性对液滴动力学行为的影响。基于流道内水传输特性研究及速度-浓度场传质协同准则，研究U型流场下质子交换膜燃料电池的反应物浓度分布均匀性、压降和极化性能。结果表明，与传统U型流场相比，添加堵块结构的U型流场明显改善了流道中液态水的分布效果，且堵块结构下产生的涡流效应显著增强了肋下对流能力，电池的传质能力和水传输特性得到明显改善。该研究对采用堵块结构来增强小型质子交换膜燃料电池水管理性能提供了一定的指导价值。

关键词

堵块结构流场;质子交换膜燃料电池;协同准则;流体体积法;强化传质

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