试析直接甲醇燃料电池阳极通道内气泡行为研究

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1、DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyforMasterDegree⑧BUBBLEBEHAVIoRINANODECHANNELoFDIRECTMETHANoLFUELCELLWrittenbyHuaishengZhang一SupervisedbyProf．Kejian．YaoAssociateProf．匹亟巫CollegeofChemicalEngineeringandMaterialsZhejiangUniversityofTechnologyApril2009浙江

2、工业大学学位论文原创性声明帅tlllllLIIIlllllllltllltlltllll／lllllllll

3、Y1810819本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的作者签名：多艺I够噬．日期：a?产必月∥日学位论文版权使用授权书l、保密b么—上一年解密后适用本授

4、权书。作者签名：多艺t扬噬日期：o／噼咖“Et导师签名划雅日期肿产月彳日浙江工业大学硕士学位论文直接甲醇燃料电池阳极通道内气泡行为研究摘要在直接甲醇燃料电池中，C02气体从扩散层以气泡形式进入阳极通道。若气泡快速脱离扩散层，排出阳极通道，使得甲醇溶液能顺利通过扩散层扩散至催化层发生电化学反应，则有利于电池性能的提高。因此，研究直接甲醇燃料电池阳极通道内的气液两相流对提高电池性能具有非常重要的理论指导意义。本论文采用可视化实验的方法研究了阳极通道内的气液两相流行为，同时采用FLUENT6．2．16数值模拟了气体从扩散层进入阳极通道气泡形

5、成、脱离及聚并过程。实验结果如下：气泡平均当量直径先是随着液速的增大而减小，而后基本不变；在液速较小时，随着气速的增大，气泡平均当量直径先是变化不大，而当气速增大到一定程度时，气泡平均当量直径增大的较大；在液速较大时，随着气速的增加，气泡平均当量直径先增大，而后变化不太明显；在液速较小时，单孔时的气泡平均当量直径比多孔时大，而在液速较大时，多孔时的气泡平均当量直径比单孔时大；通道内的气含率随着气泡生成而呈不规则的周期性地变化，液速越大，变化越缓慢；通道内的平均气含率随液速的增大而减小，随气速的增大而增大，孔数较多时，其变化趋势变缓慢。

6、模拟结果如下：气泡脱离时间随液速的增大而减小，随孔道直径的增大而增大，随气体速度增大先呈减小趋势，而后呈增大趋势；气浙江工业大学硕士学位论文泡脱离时的直径随液体流速的增大而减小，随孔道直径的增大而增大，随气体流速增大先呈增大趋势，而后变化不大，最后又呈增大趋势；由于气泡阻挡及挤压作用，使得气泡周围的压力分布与单孔时不同，两气泡同时形成的过程与单个气泡的形成过程有所不同；孔间距较小时，气泡在未脱离之前就聚并，孔间距较大时，气泡脱离之后聚并；随着孔数的增多，气泡聚并个数增多，脱离最后一个孔口时的气泡直径越大；与常规通道相比，在梯形通道中，

7、气泡间的聚并发生得较少，且聚并气泡脱离最后孔口时直径较小。关键词：直接甲醇燃料电池，两相流，阳极通道，数值模拟，气泡行为，平均当量直径，气含率脱离直径，脱离时间浙江工业大学硕士学位论文BUBBLEBEHAVIORINANODECHANNELOFDIRECTMETHANOLFUELCELLABSTRACTIndirectmethanolfuelcell，thegasofcarbondioxideflowfromdiffusionlayerintoanodechannelintheformofbubbles．Itisbenefittoim

8、provecellperformanceifbubblescandetachdiffusionlayerandbedischargedoutofanodechannelquickly．Therefore，itisofgreatsignificanceoftheoreticalguidanceforimprovingcellperformancetoinvestigategas-liquidtwophaseflowofanodechannelindirectmethanol向elcell．Inthisthesis，experimento

9、fvisualizationwasusedtoresearchgas—liquidtwophaseflowinanodechannel，FLUENT6．2．16wasusedtosimulatebubblesformat