扩散层孔隙率随机分布对燃料电池性能的影响
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1 数 学模 型
1 1 控 利 万 程 .
l e, D ) a rG L 起着支撑催化层 、 y 传递反应 气体 、 水 、 排 导热 、 电等 重要 作 用l . 的材 料 组 成 、 工工 导 1它 ] 加 艺、 气体孔隙率 等对燃 料 电池性 能 影 响很 大 , 中 其 以孔 隙率 分 布对 电 池 性 能 影 响尤 为严 重. ua G ru 等_ 通过一维 的半 电池 模型研 究 孔 隙率 非均匀 性 2 的影响 , 考虑 了扩散层孔 隙被液态水 部分堵塞 的情 形. h a C u 等 从平均孔 隙率 的角度 出发 , 出了孔 提 隙率梯度变化的扩散层 , 研究不 同电流密度下不 同
( 汉 理 工 大 学 汽 车 工 程 学 院” 武 汉 武 40 7 ) 3 0 0
摘 要 : 子交 换 膜 燃 料 电池 气 体 扩 散 层 孔 隙率 分 布 对 燃 料 电池 性 能 有 着 重 要 的 影 响 . 文 建 立 了 质 本
一
个 单 电池 的 三 维 模 型 , 别 考 虑 了 扩散 层 孔 隙率 均 匀 统 计 分 布 、 态 统 计 分 布 、 一 统 计 分 布 三 分 单
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个 单电池的 3维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ型 , 并利用 c语 言产生 了大量
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C ) Sk k+
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分别 服从均 匀 、 正态 分 布 的 大小在 0 1之问 的 ~
随机 数. 于 有 限 控 制 体 法 , 用 Fun 软 件 的 基 采 let U F功能将这些 随机 数分别赋 值 于扩散层 的每一 D 个 网格 , 对模 型进行 求解 , 比较 它们 与 单一 扩散 并 层燃料 电池 的性能 的差别 及原因 , 为燃料 电池设计
Vo13 NO. .4 3
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扩散 层 孔 隙率 随机分 布 对燃 料 电池性 能 的影 响 *
张 宁” 肖金 生 詹志 刚 潘 牧。
4 07 ) 3 0 0 ( 成都 理 工 大 学 工 程技 术学 院” 乐 山 6 4 0 ) ( 汉 理 工 大 学 材 料 复 合 新 技 术 国 家 重点 实验 室 。 武 汉 10 0 武 ’
种 情 况 , 用 有 限控 制 体 法 对模 型进 行 了求 解 . 果表 明 , 隙 率 单 一 统 计 分 布 扩 散 层 的 传 质 性 能 并 结 孔 最 好 , ME 的温 度 分 布 最 均 匀 , 且 A 凶此 电池 性 能 最好 .
关 键 词 : 子 交 换 膜 ; 料 电池 ; 散 层 ; 隙率 ;随 机分 布 ;模 拟 质 燃 扩 孔
中 图法 分 类 号 : TM9 1 DOI 1 . 9 3 jis . 0 6 2 2 . O 0 0 . 4 :0 3 6 /.sn 1 0 — 8 3 2 1 . 3 0 3
质 子 交 换 膜 燃 料 电 池 ( rtne ca g r poo xh n eme e ba e u l e , E C 气 体 扩 散 层 ( a df s n rn e cl P MF ) f l gs iui f o
收 稿 日期 :0 OO 一2 2 1 -l2
张
宁 ( 9 0 : , 士 , 要 研 究 领域 为燃 料 电 池 的计 算 机 模 拟 及 仿 真 1 8 一) 男 硕 主
高等 学 校 博士 学 科 点 专 项 科研 基 金 项 目资 助 ( 准 号 :0 5 47 1 ) 批 2 00 90 4
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利于液态水 的排 出. 而实 际上 , 然 由于受 材料构 成 及制作工艺 的影 响 , 散层 孔 隙分布 是 杂乱 无章 , 扩 毫无规律的 , 更接 近 于正态统 计 分布. 本文 建立 了
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第 3 4卷 第 3期 21 0 0年 6月
武汉 理工 大学学 报 ( 通科学 与工程 版 ) 交
J u n l f W u a n v r iy o c n l g o r a o h n U i e st fTe h o o y
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第 3期
张 宁 , : 散 层 孔 隙率 随机 分 布对 燃 料 电 池 性 能 的 影 响 等 扩
・61 ・ O
热 容 、 隙率 、 分 有 效 扩 散 系 数 、 度 、 分 浓 孔 组 粘 组 度; 叩为过 电位 ; 为 参 考交 换 电 流密 度 ; C C, 分别 为 组 分 的当地 摩尔 浓度 、 分 的参 考 摩尔 组
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式 中 : , p分别 为 速 度矢 量 、 M @, 温度 、 强 ; , , 压 I忌 D c ,, , C £ D , 分 别 为密 度 、 效 导 热 系 数 、 有 比压
与制造提供 了参考.
P MF E C模 型所遵 守 的方 程 主要 包 括质 量 守 恒方 程 、 量守 恒 方程 、 量 守恒 方 程 、 分 守恒 动 能 组 方程 、 多孔 介质 中的扩 散 方 程 和 阴 阳极 的 电化 学
方程 .
+ ・(p e u)一 s () 1
孔 隙率影响氧气传输导致极 限电流 密度 的变化 , 即
孔 隙率对浓 差极化 的影 响 , 模 型也 为一 维模 型. 但
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文献 [] 4 研究 了扩散层孔 隙率梯 度分布对 液态水传
输 的影 响 , 为 扩 散 层 孔 隙 率 越 大 、 度 越 大 , 有 认 梯 越