质子交换膜燃料电池流道尺寸对电池性能的影响

质子交换膜燃料电池流道尺寸对电池性能的影响打开文本图片集摘要：采纳计算流体动力学软件 Fluent 中的质子交换膜燃料电池PEMFC 模块，对流道深度进行数值模拟优化。建立质子交换膜燃料电池单电池模型，讨论不同流道深度对燃料电池性能的影响。仿真结果表明，直道型流场的深度越小，电池性能越好，但是过小的流道深度会造成压力损失变大。综合考虑，流道深度取值为 0.6mm 时，电池输出性能较优。关键词：质子交换膜燃料电池；Fluent；流道EffectofFlowPathSizeofProtonExchangeMembraneFuelCellonBatteryPerformanceCHENLeiGUOPengyanZHANGRuizhuYANDakao（CollegeofMechanical，NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricalPower，ZhengzhouHenan450045）Keywords：protonexchangemembranefuelcell；Fluent；flowchannel质子交换膜燃料电池是一种清洁能源装置，由于其发电原理不依赖于氢氧燃烧，所以具有不受卡诺循环限制的特点，有较高的能量转换效率。构成电堆的单电池主要由阳极、阴极和质子交换膜构成，阳极通入氢气发生氧化反应，阴极通入空气发生还原反应，主要副产物是水，具有无污染、低噪声、高效率、高启动速度等优点，是未来能源装置的有力竞争者[1]。目前，燃料电池的反应机理、影响燃料电池输出的参数等一些关键参数仍处于讨论之中。本文在借鉴前人讨论成果的基础上，通过计算流体力学软件 Fluent 对质子交换膜燃料电池进行建模仿真，讨论流场尺寸对燃料电池输出性能的影响，对比得出较优的尺寸参数。1Fluent 建模燃料电池 Fluent 流道模型的结构尺寸和网格划分如表 1 所示。燃料电池 Fluent 流道模型如图 1 所示。1.2 边界条件和物性参数操作温度设置为 80℃；阴极过量系数为 2，阳极过量系数为 1.5；阴极进气口压力为 20kPa，阳极进气口压力为 10kPa；水的饱和指数为 2。在计算之前，需要作出如下假设：①反应气体为理想气体，并且不可压缩；②阴、阳极只考虑扩散，不考虑气体对流；③气体流道进出口没有负压；④设定电池进出口温度不变，不考虑温度的影响；⑤电池所用材料的热导率是常数。1.3 仿真方案在上述几何模型的基础上，保持其他参数不变，依次改变流道的深度为 0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm。仿真模拟得出流道深度对燃料电池性能的影响，比较得出较优的流道深度。2 模拟分析结果根据 Fluent 后处理得出的结果，可以得到图 2。由图 2 可知，在保持燃料电池模型其他参数不变的情况下...