直流道PEMFC两相流数学模型

计算物理 ›› 2012, Vol. 29 ›› Issue (6): 815-822.

直流道PEMFC两相流数学模型

刘训良, 楼国锋, 温治

北京科技大学机械工程学院热能工程系, 北京 100093

收稿日期:2012-02-07 修回日期:2012-04-09 出版日期:2012-11-25 发布日期:2012-11-25
作者简介:刘训良(1973-),男,山东,博士,副教授,主要从事计算流动,传热厦质子变换膜燃料电池数值模拟研究,E-mail:liuxl@me.ustb.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(50934007)资助项目

Mathematical Model for Two-phase Flows in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell with Straight Flow Channels

LIU Xunliang, LOU Guofeng, WEN Zhi

School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

Received:2012-02-07 Revised:2012-04-09 Online:2012-11-25 Published:2012-11-25

摘要/Abstract

摘要： 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.

关键词: 质子交换膜燃料电池, 两相流, 数学模型

Abstract: A non-isothermal three-dimensional(3 D) two-phase flow transport model is developed for a proton exchange membrane fuel cell(PEM FC) with straight flow channels.Based on characteristics of water transport between membrane and gas phase,a non-equilibrium model is developed for liquid water transport in membrane,considering electroosmosis,concentration diffusion and electrochemical reaction.A finite volume method is used to discretize governing equations and solution code is developed.The model is used to simulate multi-physical field coupled transport in a PEMFC.Investigations are performed for water vapor concentration,liquid water saturation,membrane water content distribution and liquid water transport velocity.Temperature field inside a cell and predicted polarization are obtained.

Key words: proton exchange membrane fuel cell, two-phase flow, mathematical model

中图分类号:

TM911

刘训良, 楼国锋, 温治. 直流道PEMFC两相流数学模型[J]. 计算物理, 2012, 29(6): 815-822.

LIU Xunliang, LOU Guofeng, WEN Zhi. Mathematical Model for Two-phase Flows in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell with Straight Flow Channels[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2012, 29(6): 815-822.

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