微型直接甲醇燃料电池阳极气液两相的研究

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1、ClassifiedIndex:TM432U.D.C:621.3.049.774DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHESTUDYOFTWO-PHASEFLOWOFANODEOFMICRODIRECTMETHANOLFUELCELLCandidate:HaiBinDingSupervisor:Prof.ZhangYuFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MicroelectronicsandSo

2、lid-StateElectronicsAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefense:June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要和传统微型电池相比，微型直接甲醇燃料电池（µDMFC）具有能量密度高、工作时间长、易于微型化和集成与环境污染小等优点，具有广阔的发展前景，越来越受人们的关注。虽然在过去十多年中，µDM

3、FC取得了很大的进步，但是一些关键的技术问题仍有待解决。阳极的气液两相物质传输是影响µDMFC性能的重要因素之一。因此本文利用模型仿真分析了不同形状的流场对气液两相物质传输的影响；并制作阳极可视的微型直接甲醇燃料电池，通过可视化实验，研究了影响阳极气泡排出的因素。本文首先综述了微型直接甲醇燃料电池两相流的国内外研究现状，说明了微型直接甲醇燃料电池的工作机理，然后分析了微型直接甲醇燃料电池阳极气液两相流的基本理论。利用COMSOL软件模拟了二氧化碳气泡在沟道中的运动，分析了不同流场结构和不同入口流速对微流道中压力降的分布,得

4、出影响两相流的因素。最后通过可视化实验来验证仿真结论。结果发现在等距蛇形、渐缩蛇形流场、渐扩蛇形流场结构中，等距蛇形流场结构进出口压力降最大，电池的性能最高，更有利于气泡排出。不同流速情况时，流速越大时进出口的压力差越大，有利于气泡的排出。但由于流速过大会加剧甲醇渗透，降低电池性能。综上所述，单蛇形µDMFC在1.5mol/L的甲醇浓度和0.05ml/min的流速下性能较好。关键词微型直接甲醇燃料电池；两相流；气泡；液体饱和度-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractComparedtoconventionalm

5、icropowersources,themicrodirectmethanolfuelcell(µDMFC)withtheadvantagesofhighenergydensity,longlastingtime,easyminiaturizationandintegration,littleenvironmentalpollution,hasbeenattractingmoreandmoreattentionsnowadaysandhaswonderfulprospectinportableapplications.Al

6、thoughgreatprogresseshavebeenachievedinthedevelopmentofµDMFC,there’restillsomecriticaltechnologicalissuestobesolved.Thetwo-phasemasstransportatanodeisoneofthedominatingfactorsthatinfluencethecellperformance.Thus,inthispapersomemathematicalmodelsarebuilttoresearcht

7、heeffectsofdifferentanodeflowfieldsontwo-phasemasstransportatanode.AndtransparentµDMFCsarefabricatedtoexplorethetwo-phaseflowintheanodeflowfieldunderdifferentconditions.Thispaperfirstreviewsthetwo-phaseflowmodelsofdirectmethanolfuelcellathomeandabroad,andexplainst

8、heworkingmechanismandthetwo-phaseflowtheoryofthedirectmethanolfuelcell.AndutilizingCOMSOLMultiphysicswesimulatethemovementofthecarbondioxidebubbleinthem