气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响.pdf

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1、第33卷第l0期工程热物理学报VO1．33．N0．102012年10月J0URNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICS0ct．．2012气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响陈黎林鸿曹涛锋陶文铨(西安交通大学能源与动力工程学院，热流科学与工程教育部重点实验室，陕西西安710049)摘要研究了质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell，PEMFC)中气体扩散层表面微观结构对液态水在气体通道中运动过程的影响；考虑了三种微观结构：碳纤维交叉分布，碳纤维平行于流动方向分布以及碳纤维垂直于流动方向分布模拟结果表明碳纤维

2、平行于流动方向分布有利于液滴的排出。研究了空气进口速度以及气体扩散层润湿特性对液滴脱落时间的影响。进口速度越大，气体扩散层接触角越大，液滴脱落时间越短，脱落直径小。关键词气体通道；气体扩散层；表面微观结构；液态水；脱落时间；脱落直径中图分类号：TK121文献标识码：A文章编号：0253—231x(2012)10～1735—04EfectsofSurfaceMicrostructuresofGasDifusionLayeronLiquidWaterBehaviorsinGasChannelofProtonExchangeMembraneFuelCellCHENLiLINGHongCA

3、OTao—FengTAOWen—Qnan(KeyLaboratoryofThermo—FluidScienceandEngineeringofMOE，SchoolofEnergy&PowerEngineering，Xi'anYiaotongUniversity,XI~arl710049，China)AbstractLiquidwaterdynamicbehaviorsingaschannelfGC1withdifierentsurfacemicrostructuresofgasdifusionlayer(GDL)areinvestigatedandefectsofairinletv

4、elocityandGDLcontactangleonliquidwaterremovaltimeanddetachmentsizeareexplored．Inthesimulation，threetypesofGDLsurfacemicrostructuresareconsideredincludingcrisscrossdistributionsofcarbonfibers、paralleldistributionsofcarbonfibers(paralleltotheflowdirection)andorthogonaldistributionsofcarbonfibers

5、(orthogonaltotheflowdirection)．SimulationresultsshowthatmicrostructuresofGDLsurfacegreatlyafectsliquidwaterbehaviorsandGDLsurfacewithparalleldistributionsofcarbonfibersleadstothesmallestwaterdropletdetachmentsizeandshortestremovaltime，followedbyGDLsurfacewithcrisscrossdistributionsofcarbonfibe

6、rsandfinallythatwithorthogonaldistributionsofcarbonfibers．Besides．itiSfoundthatliquidwaterdetachmenttimeanddetachmentsizedecreasesasairinletvelocityincreasesandGDLcontactangleincreases．Keywordsgaschannel；gasdifusionlayer；surfacemicrostructures：liquidwater；removaltime；detachmentsize0引口质子交换膜燃料电池

7、(PEMFC：Protonex—气体通道的表面润湿特性以及PEMFC的运行工changemembranefuelcel1)具有工作温度低、反应快况。Yang等人[。]采用可视化实验发现，穿透气速、高能量密度、较高的能量转化效率和无污染等优体扩散层的液态水总是出现在气体扩散层(GDL：点，是目前最有发展前景的清洁能源技术之一。水管gasdifusionlayer)／气体通道界面处特定的位置理是提高PEMFC电池性能的关键问题之一。改善上。Theodorakak—os[3