燃料电池扩散层与流道中液态水传输数值模拟与协同优化

作者：杨家培; 马骁^*; 雷体蔓; 罗开红; 帅石金

来源：清华大学学报, 2019, 59(07): 580-586.

DOI：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.013

• 质子交换膜燃料电池
• 扩散层
• 流道
• 水输运
• 格子Boltzmann方法

燃料电池流道或扩散层结构的优化是改善高电流密度下排水性能的重要措施,已有研究多集中于流道或扩散层的独立优化,缺少针对穿孔型扩散层与波浪形流道中水输运的协同优化。该文采用多松弛时间格子Boltzmann高密度比多相模型,模拟了高电流密度工况下燃料电池流道和扩散层孔隙尺度下水的输运过程,分析了扩散层中Re大小和波浪形流道角度、以及扩散层中开孔形状和位置对燃料电池水管理的影响。结果表明:对扩散层以及流道的形状进行协同优化可以更有效地提高燃料电池的排水速率;同时发现扩散层中水开始排出的时刻随着Re的增加而减小,而与波浪形流道角度、开孔形状以及位置无关。该文针对锥孔型扩散层和波浪形流道的优化对未来的燃料电池在高电流密度下的水管理优化设计具有指导意义。

• 单位
  汽车安全与节能国家重点实验室; 清华大学