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燃料电池多孔碳板增湿器增湿特性期刊

收藏本文 2024-04-17 点赞:11797 浏览:47706 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:保证燃料电池内部水平衡是燃料电池高效率工作的前提之一。在没有外部增湿的条件下,很难通过调节工作参数维持电池内部水平衡,由此需要对进入电堆的气体进行合理的增湿。本论文针对一种新型多孔碳板增湿器,提出了增湿系统布置及增湿器设计流程,并对增湿器增湿历程建立了热力学模型,探讨了增湿器传热传质及增湿性能随工作参数和增湿器几何参数的变化规律。首先,推导出电池增湿需水量计算公式,浅析了各个工作参数对增湿需水量的影响。计算结果表明,在相同过量系数以及增湿要求的条件下,空气增湿需水量最大,氢气次之,氧气需水量最小。燃料电池增湿需水量随电堆功率和增湿湿度的增大而呈线性增大的走势,随增湿温度增大呈指数型增大的走势,随气体压力的增大而减小。环境空气的温度、湿度对增湿需水量影响不大。还推导出无增湿条件下电池阴极尾气湿度的计算公式,并计算了各个工作参数下电池阴极尾气湿度,结果表明电池阴极尾气湿度在大部分工作条件下大于100%或者小于80%,难以保证电池内部水平衡。其次,以停留-扩散时间比和流道内气体流速为增湿器设计依据,提出了燃料电池气-气多孔碳板增湿器设计流程,并针对一个5kW燃料电池系统设计了燃料电池气-气增湿器。最后,根据多孔碳板气-气增湿器增湿原理和质量、能量守恒定律,在一些合理检测设的基础上建立了增湿器增湿历程热力学模型,浅析了工作条件以及增湿器几何尺寸对增湿器传热传质历程及增湿性能的影响。模拟结果表明,对于不同的增湿器工作条件,较小的空气流量、空气压力,较高的湿热尾气温度,有利于提升增湿器干燥空气出口含湿量和增湿器的水分传递率,提升增湿器增湿性能,而干燥空气进口温度则对增湿器增湿性能影响不大:对于不同的增湿器几何参数,小的多孔碳板渗水部分厚度和大的渗水部分面积有利于提升增湿器增湿性能。关键词:质子交换膜燃料电池论文多孔碳板论文增湿器论文模拟论文

    摘要4-5

    Abstract5-9

    第1章 绪论9-26

    1.1 燃料电池结构及其系统组成10-12

    1.2 燃料电池水管理12-18

    1.2.1 燃料电池水传输方式13-15

    1.2.2 影响燃料电池水平衡的因素15-16

    1.2.3 维持燃料电池水平衡的策略16-18

    1.3 燃料电池增湿技术国内外探讨近况18-24

    1.3.1 内增湿技术19

    1.3.2 外增湿技术19-23

    1.3.3 各种增湿技术的比较23-24

    1.4 多孔碳板在燃料电池系统中的运用24-25

    1.5 本论文主要探讨内容25-26

    第2章 燃料电池增湿论述浅析26-37

    2.1 增湿需水量论述计算26-28

    2.1.1 反应气体流量计算26-27

    2.1.2 反应气体增湿水量计算27-28

    2.2 燃料电池增湿需水量影响因素浅析28-33

    2.2.1 不同气体增湿需水量比较28-29

    2.2.2 不同功率、不同增湿温度增湿需水量比较29-32

    2.2.3 不同压力、不同增湿湿度增湿需水量比较32-33

    2.2.4 不同环境温度增湿需水量比较33

    2.3 燃料电池阴极气体湿度论述浅析33-36

    2.4 本章小结36-37

    第3章 多孔碳板气-气增湿器设计37-51

    3.1 多孔碳板渗透特性37-40

    3.2 多孔碳板传热特性40-41

    3.3 多孔碳板气-气增湿器的设计41-49

    3.3.1 多孔碳板气-气增湿器41-44

    3.3.2 多孔碳板气-气增湿器设计的无量纲参数44-46

    3.3.3 多孔碳板气-气增湿器设计流程46-48

    3.3.4 多孔碳板气-气增湿器设计实例48-49

    3.4 本章小结49-51

    第4章 多孔碳板增湿器增湿历程模拟探讨51-72

    4.1 燃料电池膜增湿器数值模拟探讨近况51-52

    4.2 多孔碳板增湿器热力学模型52-58

    4.2.1 模型检测设53

    4.2.2 质量、能量守恒方程53-55

    4.2.3 热量传递55-56

    4.2.4 质量传递56-58

    4.3 模拟结果与讨论58-71

    4.3.1 空气流量的影响60-62

    4.3.2 湿热尾气温度的影响62-63

    4.3.3 干燥空气进口温度的影响63-65

    4.3.4 空气压力的影响65-67

    4.3.5 多孔碳板渗水部分厚度的影响67-69

    4.3.6 多孔碳板渗水面积的影响69-71

    4.4 本章小结71-72

    第5章 总结与展望72-74

    5.1 全文工作总结72-73

    5.2 未来工作展望73-74

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