PEMFC气体扩散层内各向异性传递过程数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异性传递系数对PEMFC整体和局部性能的影响。在本文计算条件下,GDL各向异性和均匀模型模拟得到的电池极化曲线几乎完全相同,但电池电流密度分布和温度分布等局部特性存在很大差异。该结果进一步证明了不能单独用极化曲线来验证电池数学模型的正确性。     

质子交换膜燃料电池中的相关基础性问题

文章介绍了国内外质子交换膜燃料电池的最新进展，特别是在基础研究方面的进展，以促进我国质子交换膜燃料电池的基础研究。     

PEMFCs的膜及阴极催化层数值模拟

本文提出了一个质子交换膜燃料电池的膜和阴极催化层的一维非稳态数学模型,模型考虑了电化学反应及反应中的传质过程。本文结合算例分析了燃料电池膜及阴极催化层的性能,结果能验证燃料电池内阻理论。论文结果表明:(1)随着输出电流密度的增大,氧浓度分布不均匀性增大; (2)阴极催化层厚度减小,可提高电池输出电压; (3)电池进口处氧气摩尔浓度增大,可增加电池的输出电压。     

PEMFC局部电流密度实验研究

使用基于电磁感应的燃料电池局部电流密度测试技术研究了质子交换膜燃料电池工作电压、反应气体流量等参数对局部电流密度分布的影响,探讨了影响的机理,展望了进一步研究的方向.     

PEMFC的两种三维两相非等温数值计算的对比

采用两相非等温模型,分别针对具有27条流道的全电池和典型单元的稳态工作过程进行了三维数值模拟,并着重对比和分析了2种模型液态水饱和度、相变源项和温度的计算结果.发现在相同计算工况和计算条件下,目前文献中广为采用典型单元模型和全电池模型的模拟结果无论是变化趋势还是变化幅度均存在很大差异,如典型单元模型中液态水饱和度远低于全电池模型的情形.这些差别主要是由于两种模型边界条件的设置所引起的.因此即使在相同的计算条件下目前文献中广为采用的典型单元模型和全电池模型所模拟出的PEMFC过程并不是同一过程.     

叠层扩散层对质子交换膜电解池性能影响的实验研究

质子交换膜电解水制氢技术的发展受到成本的约束。通过提高电流密度以提高单位质子交换膜电解池的氢产量可以降低单位应用成本,但高电流密度下电解池内部传质过电势的升高会导致制氢效率的下降。本文从降低质子交换膜电解池在高电流密度下的传质过电势入手,设计了有利于传质的“钛毡–钛网”式叠层扩散层结构,并进行对照实验分析了不同扩散层结构对电解池性能的影响规律。实验证明,钛毡叠加30目钛网的叠层扩散层结构可以使高电流密度(5 A/cm²)下的传质过电势降低至0.25 V(与钛毡或30目钛网作为扩散层相比,传质过电势分别降低了0.24 V与0.55 V),本项工作也为后续扩散层结构的优化提供了思路。     

直流道PEMFC两相流数学模型

建立直流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维非等温两相流数学模型,基于质子交换膜与气体之间的水分传递特征,综合考虑电渗、浓度扩散及电化学反应作用的影响,发展了膜电极水分传递的非平衡扩散模型.并自主开发程序代码对电池内复杂的多物理场耦合传递过程进行数值模拟,研究PEMFC电极内气态水、液态水分布、质子膜含水量分布和水迁移特性等,分析单电池内部的温度分布特征,并获得电池极化性能曲线.     

微流燃料电池空气阴极物质传输孔隙尺度模拟

采用格子Boltzmann方法研究了微流燃料电池空气阴极多孔扩散层内多组分物质传输特性。随机重构了扩散层,获得渗透率及有效扩散系数。建立了耦合边界电化学反应的二维模型,研究了过电位、孔隙率对氧气、水蒸气浓度分布及局部反应速率的影响。结果表明,常用的Bruggeman经验关联式会高估氧气有效扩散系数;扩散层孔隙结构对物质传输有重要影响,孔隙率减小使得传质阻力增大,导致局部氧气浓度降低,局部反应速率降低,而水蒸气浓度增大,当孔隙率从0.83降至0.7,催化界面平均氧气浓度从8.472降至8.466 mol·m^-3。     

非固结多孔介质干燥的双尺度孔道网络模型与模拟

以农产品颗粒物料中常见孔隙直径范围(10~(-4)～10~(-3) m)的非固结多孔介质为研究对象,运用孔道网络方法和传递过程原理等知识,建立了考虑骨架吸湿、汽相对流、温度梯度和孔道结构特征等因素对干燥过程影响的非固结多孔介质双尺度孔道网络干燥模型,并进行了相应的干燥实验.模拟与实验结果表明:该模型可有效模拟非固结多孔介质的干燥过程;非固结多孔介质的孔隙率、直径(包括粒径与孔径)分布对干燥的影响十分显著,孔隙率越大,物料干燥越快,达到相同湿含量干燥所需时间越短;直径分布的不均匀程度越高,干燥所需时间越长,物料湿含量分布的差异也越大。对于窄筛分农产品颗粒物料,进行干燥计算时可以采用同一直径分布代替实际分布.     

煤在燃烧过程中表面灰层内气体扩散传质特性的研究

煤在燃烧过程中表面灰层内气体扩散传质特性的研究严建华，倪明江，张宏焘，岑可法（浙江大学能源工程系杭州３１００２７）关键词：灰层扩散，煤燃烧，孔隙率一、引言就流化床燃烧锅炉通常燃用的较大粒度的煤而言，其焦碳的燃尽时间占了煤粒燃尽所需时间的绝大部分，粗略...     

质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟

本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体 流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程。数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度 和电流等的空间分布情况。为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较。     

不同进气湿度PEMFC动态响应分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作参数的影响最终要体现在对电池内传质过程的影响上。实验得到了在不同进气加湿程度下电池性能在启动工况中的变化,基于非稳态数学模型计算了不同阴极入口湿度下电池在负载渐变工况下膜内含水量和电流密度的瞬态响应,并与相应的实验工况进行了对比。     

质子交换膜燃料电池波浪形平行流场研究

质子交换膜燃料电池的传统平行流场存在着传质不佳,高电流密度下大量的液态水无法及时排出导致性能急剧下降等问题.提出了一种新型的波浪形平行流场并利用数值模拟方法优化了波浪形平行流场的几何结构.结果表明,相比于传统平行流场,波浪形平行流场不仅能够有效促进氧气的传输,还能加快液态水的去除,采用波浪形平行流场的PEMFC最大输出...     

直接甲醇燃料电池膜及阴极模拟

本文提出一个针对直接甲醇燃料电池膜及阴极的二维、多组分稳态数学模型．模型根据直接甲醇膜燃料电池膜及阴极运行工况特性,考虑质量、动量、组分守恒以及电池中的电化学过程而建立,并应用了计算流体动力学(CFD)技术．模拟结果表明传质对直接甲醇燃料电池的性能影响很大;本文还进行了直接甲醇燃料电池阴极水管理的初步探讨．     

操作参数对PEM燃料电池中水迁移的影响

质子膜内水分和阴极多孔电极中液态水含量是PEM燃料电池正常运行的控制因素。本文给出了一个用于研究PEM燃料电池内水迁移的稳态、等温、两相流模型。模型耦合了连续方程、动量守恒方程和物质守恒方程,以及水在质子膜中传递方程。运用试验结果验证了模型的有效性。分析模拟结果表明,增大系统操作压力、升高电池操作温度和降低加湿温度将会使质子膜中水的净迁移通量增大;增大操作压力、降低操作温度和升高加湿温度会增加阴极CTL与GDL界面上液态水含量。     

质子交换膜燃料电池电流分布的动态响应

动态特性是理解质子交换膜燃料电池性能的重要参数之一.运用燃料电池测试系统、恒电流/恒电压多通道测试仪和燃料电池电流密度分布测试装置,试验测量了质子交换膜燃料电池在不同加湿温度、电池温度和压力下的电流分布动态响应和动态特性.研究发现:不同区域的局部电流达到新的平衡所需的时间不同;加湿温度变化时,不同区域的局部电流的变化趋...     

凝析气藏高速多相渗流机理与数值模拟研究

凝析气藏渗流的主要特征是流体流动过程伴随着复杂的气液相变与近井地带的高速两相渗流。在分析凝析气藏高速多相渗流机理的基础上,模拟了考虑毛管数效应与非平衡流动影响的凝析液饱和度分布,并阐述了凝析气高速多相流动规律,为凝析气藏的生产动态分析与高效开发提供理论指导。