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摘要
为了优化梯形直流道质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的性能，以梯形流道的上/下底宽为设计变量，建立一个三维，多相的梯形直流道PEMFC模型。以矩形直流道质子交换膜燃料电池为基础模型，用于对比分析。以净输出功率为目标函数，应用克里金(Kriging)代理模型完整预测分析域和形成响应面，发现用Kriging代理模型构建的响应面函数精度较高。最后，通过遗传算法得到一个宽矮型的最优梯形流道结构。研究显示梯形流道下底宽对净输出功率的影响较大，增加流道的下底宽度可以促进氧气向下扩散，从而提高电流密度。当电压为0.5V时，和基础模型相比，最优模型的净输出功率提升20.90%。研究还发现在阴极侧，流道下方氧气的摩尔浓度比脊下方的浓度高，沿着反应物的流动方向氧气摩尔浓度逐渐下降。沿着反应物流动方向和垂直方向，最优模型的氧气浓度梯度低于基础模型，最优模型的氧气分布更加均匀。在阴极扩散层及催化层内，最优模型的氧气平均摩尔浓度高于基础模型。
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