文档介绍：武汉理工大学硕士学位论文质子交换膜燃料电池冷却流道的设计与模拟姓名:傅立运申请学位级别:硕士专业:动力机械及工程指导教师:罗马吉201105要摘燃料电池具有清洁和高效的优点,使之最有可能成为内燃机的替代品,在众多类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池拥有更高的功率密度和更快的冷有%~%的能量耗散为热能需要通过冷却系统带走。如果整个系统的热管理不当,会使得电池内部的质子交换膜过干或局部出现“水淹”的现象,而使电池的性能下降。大功率燃料电池堆主要通过冷却循环水带走反应产生的热量来实现对电堆温度的控制。本文设计了蛇行和并行型式流道的冷却板,模拟了冷水分配道进行了模拟和优化。首先,介绍了燃料电池中热量的来源和散发途径,并建立了燃料电池工作过程的数学模型,模型综合考虑了电池中质量守恒和电荷守恒,以及催化层中的电化学反应,计算了不同的电流密度下输出电压,过比较模型计算结果与试验结果验证模型。同时对燃料电池在工作电流密度为/辈娜攘亢退虰的流道型式为并行,冷却板虳的流道型式为蛇行,并且建立了模型,验证了网格密度对计算结果的影响,确定每个模型所需的网格数目为压差。计算分析表明:淙此牧髁吭酱螅淙窗灞砻娴奈露染刃栽胶茫但是同时会使得冷却水进出口压降变大,水泵需要消耗更多的能量。谙同的冷却水流量下,设计为蛇行流道的冷却板模型虳的表面温度均匀性好于设计为并行流道的冷却板模型虰。同型式的分配道对冷却板中循环水分配均匀性的影响。为了节省计算成本,对模型作了简化,使用直流道代替实际真实的冷却流道,并且将直流道区域设置配道的分配均匀性影响很小;谙嗤牧髁肯拢琔型分配道的分配均匀性更启动速度,成为当前开发的重点。质子交换膜的效率在%%之间,内部约却板中的传热传质,分析和评价了几种冷却板的优劣;同时对秃蚙型冷却需的冷却水的流量进行了估计。为了对电堆进行有效的热管理,设计了四种流道型式的冷却板,其中冷却板万,分析了冷却板表面的最高温度,平均温度、温度均匀因子和冷却水进出口然后,建立了三维电池堆的秃蚙型冷却分配道的P停治隽瞬为多孔介质来模拟真实流道中的压降。计算结果表明:淙此牧髁慷苑好;谙嗤牧髁肯拢黾臃峙涞赖目矶扔欣谔岣咂浞峙渚刃浴关键词:质子交换膜燃料电池,冷却板,分配道,计算流体力学Ⅱ拧痶..;%%,%.·瑆/,::.,瑃猟.,.第滦髀引言世纪人类对于能源的需求在不断增加,但是地球上所存在的传统的化石替代能源来满足需求,而氢能将会成为人类最为重要的能源之一。现在高效率的制取氢气、合适的方法存储氢气,有效的使用氢气都是需要解决的几个关键美国列入未来十大科技之一Ⅲ。在昵癢鸵丫⒚髁巳剂系绯兀谧罱甘昴谌剂电池才开始与传统的能源系统热缒谌蓟竞争。这是由于早期的燃料电池非常昂贵,并且工作寿命很短,所以只能用于卫星或者是空间站中。上世纪的五十年代,在质子交换膜燃料电池的电极上每平方厘米所需要的铂的质量达到毫克,这使得质子交换膜燃料电池的成本过高。在当时燃料电池的寿命也极其有限,比如美国双子星计划中,燃料电池的使用寿命只有∈薄6衷质子交换膜燃料电池的电极中每平方厘米所需要铂的质量只需要原来的百分之整个燃料电池系统的制造成本被大大降低,并且在实际的测试中燃料电池堆的使用寿命已经达到数千小时,由于以上两个原因,燃料电池的商业化成为可能。目前正在应用和开发的燃料电池有很多种,不同种类的燃料电池的差异主要体现在以下几个方面瞳水和热的管理方法的差别;鞲龅サ绯氐牧接方式;杂诜从ξ锏氖褂茫工作压力的差别。常用的燃料电池主要有:质子交换膜燃料电池⑸锶剂系绯、锌空气燃料电池、碱性燃料电池、直接甲醇燃料电池、质子陶瓷燃料电池等。现在低温质子交换膜燃料电池被认为是最具有潜力的一种以对于附属设备的要求不高,使得系统的可靠性更高。因为燃料电池堆是由许多单电池所组成,可以通过设计不同数量和大小的单电池使其满足能源有限,并且每时每刻都在被消耗,在未来的几十年里人类需要找寻新的可问题。其中使用氢燃料电池发电是解决如何使用氢气的一种重要技术,并且被一,燃料电池的成本主要来自于碳板的制造和系统所需的附属设备,这样使得动力电池,特别是使用纯氢作为燃料时,电池能够快速的在比较低的环境温度下启动,被预测是最有可能代替内燃机成为汽车的新的动力源。现在作温度普遍在至。【涞母髦钟τ茫移浣峁菇舸眨亓壳帷M比剂系绯刈畲蟮挠攀是其工作原理与蒸汽轮机、燃气轮机和内燃机基于热力学原理不同,其最大效率不受卡诺循环的限制,燃料电池堆的发电效率一般在%到%之间,燃料的转化效率高于其他的能量产生装置,如内燃机和燃气轮机。这个优点尤其体现在小功率的发电装置上,因为它的效率与体积成正比【现在燃料电池受到很多国家很重视,投入了大量的经费用与其研发