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摘要
质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。目前，常见流道集中在蛇形、叉指形、点状形、波浪形、平行直流道以及相关改进流道，且在气体均匀性、水管理性能和输出性能上仍有待改进。受数学几何领域的科赫曲线启发，本团队提出了一种新型流道结构，即以圆心为中心向四周辐射，并在6条主干流道的基础上依次添加不同级别的分支流道，最终形成30个流道出口。建立三维稳态单向等温的燃料电池模型，在工作温度为60℃，进气相对湿度为100%工况下，搭建燃料电池测试平台进行实验，并借助ANSYS Fluent 2020进行仿真，模型仿真结果与实验结果基本吻合，验证了模型的有效性。将新型流道与传统蛇形流道仿真结果进行比较，分析膜电极电流密度、流道氧气质量分布、流道与气体扩散层交界面水质量分布、膜水含量、流道压力等，结果表明，相比蛇形流道，新型流道的进排气口压降较小、流速较慢，但具有反应气体分布更均匀、水管理效果更好和膜电流密度、输出功率更高等优势，且峰值电流密度增加9.60%、峰值功率密度增加12.70%，有望为燃料电池流道结构创新提供新的思路。
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