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1、分类号学号M201170855学校代码10487密级硕士学位论文PEMFC水传输数值模拟研究学位申请人：刘帆学科专业：工程热物理指导教师：刘志春副教授答辩日期：2014年1月7日万方数据AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationofwatertransportinProtonexchangemembranefuelcellCandidate:LiuFanMajor:Engineeri
2、ngThermophysicsSupervisor:AssociateProf.LiuZhichunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据本论文工作受到国家高技术研究发展计划（863计划）现代交通技术领域车用燃料电池电堆、膜电极关键技（2012AA110601）的子课题电堆传质传热模拟研究（2012AA1106016）和国家自然科学基金重点基金（51376069）的资助。万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研
3、究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在
4、年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要质子交换膜燃料电池是一种新能源电池，具有功率密度大，能量转换效率高、启动快、污染小等优点，是当下研究的热点。本文首先介绍了燃料电池的背景，国内外研究现状，对燃料电池建立了完整的数学模型，包括了质量传输方程，动量守恒方程，能量守恒方程，组分传输方程，电化学反应方程，多孔介质中的扩散模型，流道中VOF模型及相变模型，利用商用CFD软件FLUENT导入网格模型进行求解，在必要的情况下导入用户自定义函数
5、。然后，采用PEM模块对单流道的单电池模型进行了模拟和分析，考虑了压力、温度、加湿度、流道结构对电池性能和水分分布的影响，得出压力越高有利于电池的气体扩散，能提高电池性能，加湿度对电池性能影响显著，加湿度有个最合理的值，完全加湿反而降低电池性能。半圆形流道的整体性能最好，矩形流道次之，燕尾形流道最差。最后，采用VOF模型对流道中的水传输进行了模拟。扩散层表面采用疏水性，流道壁面采用亲水性最有利于电池的排水，此时流道多以液滴形式排水。半圆形流道最有利于液膜的排出，单蛇形流道也是半圆弧形流道排水效果最好，矩形直角弯流道容易在拐角处积水而无法脱离。闭口系统中
6、，气体很微弱，仅靠重力的作用无法克服孔隙中的张力和表面摩擦力，流道中的相变因素不可忽略，此时不能将流道视作等温流道。关键词：PEM；燃料电池；VOF；水管理I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractPEMfuelcellisanewenergybattery,withpowerdensity,highenergyconversionefficiency,faststart,pollution,etc.,isthecurrentresearchfocus.Thispaperdescribesthebackground,researchstatus
7、ofthefuelcell,thefuelcelltoestablishacompletemathematicalmodels,includingthequalityofthetransferequation,momentumconservationequation,energyconservation,equation,speciestransportequation,theelectrochemicalreactionequation,porousmediadiffusionmodel,theflowpathVOFmodelandphasetran
8、sitionmodel,usingcommercialCFDsoftwareFLUENTgui
