蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟 被引量：10

1

作者 陈士忠 夏忠贤 +2 位作者 王艺澄 张旭阳 吴玉厚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期230-233,共4页

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料... 为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。 展开更多

关键词 燃料电池 COMSOL 数值模拟 蛇形流场 质子交换膜 电导率

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联箱形式对微通道热沉流动与传热性能的影响 被引量：8

2

作者 陆规 段远源 王晓东 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期345-354,共10页

建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1—... 建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1—6弯头新型联箱微通道热沉,通过提高每程流速和引入交替顺逆流动,降低微通道热沉的热阻并提高其均温特性,并与直通型和Z型联箱设计比较.在8种联箱设计中,蛇形弯头联箱的热阻和均温特性均优于Z型和直通联箱,即便增大Z型和直通联箱制冷剂供液泵功,其热阻和均温性也很难达到低泵功下蛇形弯头联箱的性能.蛇形弯头数大于4时,底部中心线温度分布曲线基本重合,再增大弯头数,对降低热阻和提高均温性均无明显贡献,同时会增加额外的泵功. 展开更多

关键词 微通道热沉 联箱 蛇形流场 均温性

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全钒液流电池电解液流场结构优化设计 被引量：7

3

作者 陈金庆 王保国 吕宏凌 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期52-55,共4页

全钒液流电池电解液流场结构合理可使电流密度、钒电解液分布均匀,降低极化,提高电池性能。设计3种不同的电解液流场,研究流场结构对电池极化、充放电电流电压、功率密度和能量效率的影响。结果表明蛇形流场结构简单且易于加工,可使钒... 全钒液流电池电解液流场结构合理可使电流密度、钒电解液分布均匀,降低极化,提高电池性能。设计3种不同的电解液流场,研究流场结构对电池极化、充放电电流电压、功率密度和能量效率的影响。结果表明蛇形流场结构简单且易于加工,可使钒电解液均匀分布,增强电解液对流传质能力,能较充分利用钒电解液储能容量,电池的输出功率密度最高可达31.6 mW/cm2,与传统平行流场相比,电池电流效率提高13.9%,电压效率提高6.3%,能量效率提高14.8%,放电容量提高了35.3%。 展开更多

关键词 全钒液流电池(VRB) 流场结构 优化设计 蛇形流场 电池性能

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质子交换膜燃料电池三种流场结构的性能研究 被引量：1

4

作者 陆佳宙 夏玉珍 +1 位作者 雷航伟 胡桂林 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第4期502-504,共3页

平行、交指和蛇形是质子交换膜燃料电池最常用的三种流场结构,为研究三者性能差异,利用CFD技术建模进行仿真分析,在反应气体均充足的条件下,对比三种流场燃料电池的氢气摩尔浓度、流道压降、催化层温度、水摩尔浓度的分布和极化曲线。... 平行、交指和蛇形是质子交换膜燃料电池最常用的三种流场结构,为研究三者性能差异,利用CFD技术建模进行仿真分析,在反应气体均充足的条件下,对比三种流场燃料电池的氢气摩尔浓度、流道压降、催化层温度、水摩尔浓度的分布和极化曲线。结果表明,蛇形流场性能最优,交指流场其次,平行流场最差。尽管蛇形流场压降最大,但其催化层中温度最高,阳极氢气分布和阴极水浓度分布也最均匀,且其性能优势在高电流密度下更为突出。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 平行流场 交指流场 蛇形流场 数值模拟

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粗糙接触界面的蛇形流场PEMFC数值模拟

5

作者 张新峰 田爱华 +2 位作者 张振东 张可涵 张福城 《吉林化工学院学报》 CAS 2024年第3期76-81,87,共7页

为了研究粗糙接触界面对蛇形流场PEMFC性能的影响,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了三维两相非等温的蛇形流场PEMFC模型,将所有组件间接触热阻耦合到三维模型中,分析了因粗糙接触界面产生的接触热阻对电池温度分布、液态水饱和度分布... 为了研究粗糙接触界面对蛇形流场PEMFC性能的影响,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了三维两相非等温的蛇形流场PEMFC模型,将所有组件间接触热阻耦合到三维模型中,分析了因粗糙接触界面产生的接触热阻对电池温度分布、液态水饱和度分布、性能的影响。研究结果表明,蛇形流场有接触热阻工况下,各组件之间存在明显的温度梯度,气体传输和排水能力有所提高,并表现出较无接触热阻时更为优异的性能。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 蛇形流场 接触热阻 温度分布

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阳极和阴极流场组合对直接甲醇燃料电池性能的影响 被引量：3

6

作者 曹先齐 韩吉田 +1 位作者 陈培培 于泽庭 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1780-1788,共9页

采用蛇形、平行和交指流场分别作为阳极和阴极流场,考察了其对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。结果表明,对于阳极流场,蛇形流场因其更易于排除CO2气泡而性能最好,而平行和交指流场中则出现了CO2气泡堵塞流道的现象,影响了甲醇的传输... 采用蛇形、平行和交指流场分别作为阳极和阴极流场,考察了其对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。结果表明,对于阳极流场,蛇形流场因其更易于排除CO2气泡而性能最好,而平行和交指流场中则出现了CO2气泡堵塞流道的现象,影响了甲醇的传输,性能较差。对于阴极流场,平行流场下半部分流道出现了'水淹'现象,影响了氧气的传输,性能较差。蛇形和交指流场均能顺利排除水滴,性能比平行流场的好;交指流场能保证氧气的充足供应,高电流密度时比蛇形流场的电池性能好。蛇形流场作为阳极流场以及交指流场作为阴极流场将是电池性能较好的流场组合形式之一。 展开更多

关键词 直接甲醇燃料电池 阳极和阴极流场组合 蛇形流场 平行流场 交指流场

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蛇形流场紊流数值模拟中代数应力模型的应用 被引量：2

7

作者 刘冬 王虹 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第4期76-84,共9页

蛇形流场中的流动表现为复杂的各向异性紊流。标准的双方程k -ε紊流模型由于其各向同性的假定 ,在蛇形流场的紊流数值模拟中其纵向平均流速计算结果与实测值有较大偏差。本文采用代数应力紊流模型模拟蛇形流场中的各向异性紊动应力 ,... 蛇形流场中的流动表现为复杂的各向异性紊流。标准的双方程k -ε紊流模型由于其各向同性的假定 ,在蛇形流场的紊流数值模拟中其纵向平均流速计算结果与实测值有较大偏差。本文采用代数应力紊流模型模拟蛇形流场中的各向异性紊动应力 ,计算出了蛇状水箱内的分离流动情况 ,其纵向平均流速的计算值比k -ε模型更合理 。 展开更多

关键词 数值模拟 代数应力模型 紊流应力 蛇形流场

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蛇形流场电控离子交换装置用于选择性提锂 被引量：1

8

作者 张正 何永平 +6 位作者 孙海东 张荣子 孙正平 陈金兰 郑一璇 杜晓 郝晓刚 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期2022-2033,共12页

通过交替、对称地堆叠带孔的锰酸锂(LiMn2O4)基膜电极和导电炭黑(C)基膜电极,组装了单通道的蛇形流场电控离子交换(ESIX)装置,并将其用于从高镁锂比模拟卤水(Mg/Li约500)中选择性提取锂离子。基于这种自下而上的蛇形流场,增加膜组件中... 通过交替、对称地堆叠带孔的锰酸锂(LiMn2O4)基膜电极和导电炭黑(C)基膜电极,组装了单通道的蛇形流场电控离子交换(ESIX)装置,并将其用于从高镁锂比模拟卤水(Mg/Li约500)中选择性提取锂离子。基于这种自下而上的蛇形流场,增加膜组件中腔室的数量可以使模拟卤水中更多的锂离子被捕获。相较于常规的恒电压驱动模式,恒电流-恒电压耦合驱动模式能有效地提升ESIX装置的提锂性能。在0.8 mA·cm^(-2)-1 V的耦合驱动模式下,该装置在120 min内对锂离子的提取率高达97.6%。此外,X射线衍射(XRD)证明,通过冲洗膜电极表面可以去除大部分吸附的镁离子。因此,这种新型的ESIX装置具有从高镁锂比盐湖卤水中选择性分离锂离子的工业应用潜力。 展开更多

关键词 电化学 蛇形流场 锂离子提取 盐湖卤水 选择性 分离

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PEMFC不同流道蛇形流场的三维建模仿真 被引量：5

9

作者 赵康 赵志军 程骁 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期318-321,共4页

基于COMSOL Multiphysics软件对质子交换膜燃料电池阴极二流道和三流道蛇形流场进行三维建模仿真,研究压力、氧浓度和电流密度等参数的分布。在流量为10 L/min、电压为0.4V和有效面积为4. 5 cm^2的条件下,二流道和三流道的进出口压差分... 基于COMSOL Multiphysics软件对质子交换膜燃料电池阴极二流道和三流道蛇形流场进行三维建模仿真,研究压力、氧浓度和电流密度等参数的分布。在流量为10 L/min、电压为0.4V和有效面积为4. 5 cm^2的条件下,二流道和三流道的进出口压差分别为357 Pa和225 Pa,出口氧浓度分别为1. 7 mol/m^3和1. 42 mol/m^3,最大电流密度均为11 200 A/m^2。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) COMSOL 蛇形流场 三维建模仿真

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3通道蛇形流场板氢氧质子交换膜燃料电池性能仿真研究 被引量：1

10

作者 李英辉 王晓寰 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期18-23,共6页

3通道蛇形PEMFC(质子交换膜燃料电池)因能量转换效率高、体积小、低噪声、清洁无污染等优势而被广泛应用。3通道蛇形燃料电池流场内燃料压力、燃料流量直接决定着电池的电压-电流性能,采用数值仿真法分析3通道蛇形流场质子交换膜燃料电... 3通道蛇形PEMFC(质子交换膜燃料电池)因能量转换效率高、体积小、低噪声、清洁无污染等优势而被广泛应用。3通道蛇形燃料电池流场内燃料压力、燃料流量直接决定着电池的电压-电流性能,采用数值仿真法分析3通道蛇形流场质子交换膜燃料电池的燃料压力、流量对电池性能及启动性能的影响,可以直观获得膜燃料电池通过实验手段无法测量局部微弱变化。仿真结果表明:电池电压、电流分别受氢气压力和流量影响较大;当氢气与空气的流量比控制在1.3—3.0时,电池的输出电流最佳,电池的电流密度分布比较均匀;电池启动后电池和电流都有一定波动,电池运行13 min以后,电池电压和电流趋于稳定。3通道蛇形质子交换膜燃料电池仿真模型的建立为燃料电池流场仿真模型的构建与优化提供了参考。 展开更多

关键词 氢氧燃料电池 3通道 蛇形流场 仿真分析 电池性能

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蛇形流场PEMFC的三维多物理场数值模拟 被引量：4

11

作者 周孝锋 陈晓宁 +1 位作者 徐晔 张云生 《电池工业》 CAS 2010年第6期367-371,共5页

对质子交换膜燃料电池进行了三维多物理场建模。在多物理场建模的基础上,通过COMSOL Mutiphysics中的4种应用模式,利用电流平衡、质量传输方程和动量传递方程等去模拟PEMFC的膜电极(MEA)中阴极侧和交换膜上的工作状态,分析了膜电极阴极... 对质子交换膜燃料电池进行了三维多物理场建模。在多物理场建模的基础上,通过COMSOL Mutiphysics中的4种应用模式,利用电流平衡、质量传输方程和动量传递方程等去模拟PEMFC的膜电极(MEA)中阴极侧和交换膜上的工作状态,分析了膜电极阴极侧上的压力分布、气体质量分数分布、气体速度场分布以及电流密度分布等,为蛇形流场PEMFC提供了全面的性能分析和设计上的理论依据,最后通过设计上的改进,解决了该电池的水淹问题。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 多物理场 三维数值模拟 蛇形流场

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带有蛇形流场的微生物燃料电池串联堆性能特性 被引量：3

12

作者 张亮 朱恂 +2 位作者 李俊 廖强 叶丁丁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期3797-3804,共8页

以四个成功启动的带有蛇形流场的单电池构造了微生物燃料电池串联堆(MFCS-S),测试了MFCS-S性能,探讨了其性能提升的限制因素,研究了增加反极电池阴、阳极电解液流量,采取混联的方式运行,移除反极电池和反接反极电池对电堆性能的影响。... 以四个成功启动的带有蛇形流场的单电池构造了微生物燃料电池串联堆(MFCS-S),测试了MFCS-S性能,探讨了其性能提升的限制因素,研究了增加反极电池阴、阳极电解液流量,采取混联的方式运行,移除反极电池和反接反极电池对电堆性能的影响。实验结果表明:MFCS-S在输出电压为2.11V时获得最大功率密度(2226mW·m-2);在一定电流条件下,性能较差的单电池发生电压反极,这是限制MFCS-S性能提高的主要原因;增加反极电池阴、阳极流量虽然不能较大幅度地改善单电池反极,但是却能大幅度提高电堆功率密度;采用混联方式运行不但可以有效避免电池反极,而且可以大幅度提高电堆功率密度;移除反极电池并不能有效地避免电池的反极,反接反极电池反而进一步加剧反极。 展开更多

关键词 微生物燃料电池 蛇形流场 串联电堆 电压反极

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多通道蛇形流场PEMFC内传递现象的数值模拟 被引量：2

13

作者 胡桂林 樊建人 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期245-248,共4页

电极板上的流场构型对质子交换膜燃料电池的流动特性和电池效率有重要的影响。为研究多通道蛇形流场设计质子交换膜燃料电池的局部流场、电流密度和组分浓度等的空间分布,应用作者前期发展的基于计算流体力学的三维稳态数学模型,对一个... 电极板上的流场构型对质子交换膜燃料电池的流动特性和电池效率有重要的影响。为研究多通道蛇形流场设计质子交换膜燃料电池的局部流场、电流密度和组分浓度等的空间分布,应用作者前期发展的基于计算流体力学的三维稳态数学模型,对一个小型电池单体(电极面积大小为5.9cm×6.1cm)进行了详细的数值模拟,讨论和分析了该设计的流动特性和传输机理。结果表明:电池的电流密度分布比较均匀,阴极的压力损失要比阳极大得多,阳极氢的质量分数从流动入口到出口基本呈现增大趋势。 展开更多

关键词 燃料电池(FC) 质子交换膜(PEM) 数值模拟 蛇形流场

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燃料电池多通道蛇形流场的设计及优化 被引量：2

14

作者 刘洪建 王聪康 +3 位作者 周博孺 白书战 李国祥 王桂华 《内燃机与动力装置》 2019年第3期7-12,共6页

结合现有燃料电池流场设计的优点,为某燃料电池双极板设计多通道蛇形冷却水流道,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术进行流场仿真、改进和设计优化,进行试验验证。结果表明,仿真与试验结果吻合,原设计方案虽然... 结合现有燃料电池流场设计的优点,为某燃料电池双极板设计多通道蛇形冷却水流道,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术进行流场仿真、改进和设计优化,进行试验验证。结果表明,仿真与试验结果吻合,原设计方案虽然满足压降和流量分配均匀性要求,但分支流道内流速过低,整个流场基本处于层流状态,不利于电堆散热。优化后的流场已基本发展为湍流,湍流度较高,增强了冷却效果,压降和流量分配也满足要求,表明优化方案冷却效果更好。 展开更多

关键词 多通道 蛇形流场 设计 优化

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两种不同结构质子交换膜燃料电池的性能分析 被引量：1

15

作者 宋江南 黄瑛 《贵州大学学报（自然科学版）》 2021年第6期61-66,共6页

双极板(bipolar plates)在燃料电池中起到传递电能和热能以及分配和分离反应气体的作用,是质子交换膜燃料电池的重要组成部件。通过CFD技术将平行流场和单蛇形流场燃料电池的性能进行仿真分析,比较两种不同流场的燃料电池的反应流体速... 双极板(bipolar plates)在燃料电池中起到传递电能和热能以及分配和分离反应气体的作用,是质子交换膜燃料电池的重要组成部件。通过CFD技术将平行流场和单蛇形流场燃料电池的性能进行仿真分析,比较两种不同流场的燃料电池的反应流体速度分布、反应物氢气分布和压力云图,分析流场分布对燃料电池性能的影响。分析得出:平行流场反应流体压降小,电化学反应更稳定,但反应流体分布不均,供气量不足,易造成水淹现象;蛇形流场流道长度长,压降大,反应流体流动速度快且分布均匀,能够避免水淹现象,但压力损失大,电流密度分布不均,不利于燃料电池性能发挥。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 双极板 平行流场 蛇形流场

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蛇形流场PEM燃料电池膜中水传输的三维模拟

16

作者 刘坤 宋霞 +2 位作者 肖金生 罗志平 潘牧 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2008年第5期857-860,共4页

膜中水传输对质子交换膜燃料电池的性能具有极其重要的影响.文中建立了一个蛇形流场单电池的三维模型,研究了低电流密度下燃料电池运行温度、膜厚、过量系数、相对湿度、操作压力和电流密度等运行条件对膜中水含量的影响.计算结果表明:... 膜中水传输对质子交换膜燃料电池的性能具有极其重要的影响.文中建立了一个蛇形流场单电池的三维模型,研究了低电流密度下燃料电池运行温度、膜厚、过量系数、相对湿度、操作压力和电流密度等运行条件对膜中水含量的影响.计算结果表明:随着温度的升高,膜中的水含量先升高后降低;减小质子交换膜膜厚和过量系数,增大相对湿度、操作压力和电流密度,膜中的水含量增加,电导率就会增加,从而促进电池性能提高. 展开更多

关键词 PEM 燃料电池 蛇形流场 水传输 三维模拟

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带有蛇形流场的微生物燃料电池阳极传质研究 被引量：1

17

作者 周劲 张亮 +2 位作者 李俊 叶丁丁 朱恂 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期57-59,72,共4页

构造并成功启动了带有蛇形流场的微生物燃料电池(SMFC),测试了SMFC性能,探讨了高电流下电池性能下降的原因,研究了底物流速、浓度和流场结构形式对电池性能的影响。实验结果表明:SMFC在大电流时发生电压急剧下降现象,这主要是由于阳极... 构造并成功启动了带有蛇形流场的微生物燃料电池(SMFC),测试了SMFC性能,探讨了高电流下电池性能下降的原因,研究了底物流速、浓度和流场结构形式对电池性能的影响。实验结果表明:SMFC在大电流时发生电压急剧下降现象,这主要是由于阳极物质传输受限所致;SMFC最大功率密度随着阳极底物流速和浓度的增加而增加;交指流场结构有助于底物传输,因此在相同的底物流速和浓度下,具有交指流场阳极的微生物燃料电池(IMFC)最大功率密度得以提高。 展开更多

关键词 微生物燃料电池 蛇形流场 阳极 传质

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质子交换膜燃料电池蛇形流场结构的数值模拟

18

作者 孟庆然 刘金东 +2 位作者 张慧良 陈海伦 田爱华 《吉林化工学院学报》 CAS 2022年第9期61-64,104,共5页

为了研究蛇形流场结构对电池性能的影响,通过多物理场直接耦合分析软件COMSOL,建立了质子交换膜燃料蛇形流场三维阴极模型,分析了蛇形流场燃料电池中单、双、三蛇形结构流场对电池流场内压力分布的影响,验证了建立模型的有效性与可靠性... 为了研究蛇形流场结构对电池性能的影响,通过多物理场直接耦合分析软件COMSOL,建立了质子交换膜燃料蛇形流场三维阴极模型,分析了蛇形流场燃料电池中单、双、三蛇形结构流场对电池流场内压力分布的影响,验证了建立模型的有效性与可靠性;进一步研究在三蛇形流场结构基础上,蛇形燃料电池拐角处设计为直角、圆角两种结构时,对不同拐角结构流场内部以及拐点处流体流速进行了分析.研究发现:三蛇形流场的压力损失相对较小;蛇形燃料电池拐角处设计为圆角结构时,能更好地提高反应气体的流动与扩散,进而提高反应速率. 展开更多

关键词 蛇形流场 压力 圆角结构 流速 性能

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直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场两相流研究 被引量：1

19

作者 叶芳 孔佳 +1 位作者 郭航 马重芳 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1509-1512,共4页

本文针对配备三通道蛇形阳极流场的液态进料直接甲醇燃料电池阳极两相流及电池性能开展了实验研究。液态进料的直接甲醇燃料电池阳极流床内会形成二氧化碳气泡与甲醇溶液构成的两相流系统,其两相流特性受到电池流道设计、运行工况和工... 本文针对配备三通道蛇形阳极流场的液态进料直接甲醇燃料电池阳极两相流及电池性能开展了实验研究。液态进料的直接甲醇燃料电池阳极流床内会形成二氧化碳气泡与甲醇溶液构成的两相流系统,其两相流特性受到电池流道设计、运行工况和工作角度的影响,并同时影响燃料电池的性能。本文设计了三通道蛇形流场,通过可视化实验得到直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场内的两相流特性随电流密度变化的规律,并研究了燃料电池在不同旋转角度下的两相流特性和电池性能。实验结果表明:在不同的旋转角度下,电池都体现出较好的工作性能。 展开更多

关键词 直接甲醇燃料电池 两相流 蛇形流场 三通道

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流场尺寸对PEMFC性能影响

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作者 郑宇 张强 《内燃机与配件》 2020年第17期5-7,共3页

基于COMSOL Multiphysics仿真软件对质子交换膜燃料电池的阴极流场进行了仿真研究,通过对压力、速度、氧气浓度与电流密度等参数的研究来比较多通道蛇形流场的尺寸对质子交换膜燃料电池的性能影响。指导质子交换膜燃料电池流场设计。

关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 蛇形流场 三维仿真

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