燃料电池气体扩散层表面液相涌出行为
刘帅1
姚晓航2
张礼斌2
王忠2
裴昊2
1.江苏大学 汽车与交通工程学院,江苏 镇江 212013;清华大学 苏州汽车研究院,江苏 苏州 2152002.江苏大学 汽车与交通工程学院,江苏 镇江 212013
摘要：燃料电池流道内的两相分布特性对于提升燃料电池水管理能力至关重要,探究多液滴在流道表面流动行为利于优化结构及运行条件.使用流体体积(Volume of Fluid)法对液态水从气体扩散层(Gas diffusion layer)涌出到流道内的动态过程进行模拟,研究流道内气体流速、GDL表面接触角和水孔间距对水涌出过程和流动行为影响.结果表明,液滴在GDL表面经历了生长、分离、传输和碰撞凝并等过程.气体流速明显影响压降和液滴分离周期,随着气体流速增加,压降增加,液滴分离周期从14.7 ms降至4.7 ms,水去除能力显著增强,高气体流速造成液滴形态和流动情况不稳定.GDL表面润湿性改变了表面张力,影响液滴形态和流动,显著影响水覆盖率,随着接触角增大,GDL表面平均水覆盖率从20.03%降至9.01%;水孔间距对液滴碰撞周期影响大,小水孔间距时液滴在生长中发生凝并,大液滴飞溅造成流道内气流速度下降,压降和GDL表面水覆盖率产生大波动;大水孔间距时,流道内速度场受影响明显,前一液滴获得大速度后发生碰撞更易造成液滴飞溅,导致最大水孔间距时水覆盖率下降,从16.84%(D=0.8 cm)骤降至14.69(D=1.2 cm).研究结果为流道表面接触角,GDL孔隙分布、进气条件等参数优化提供理论指导和技术借鉴,改善质子交换膜燃料电池水传输能力提高工作效率.
关键词：质子交换膜燃料电池水管理气体扩散层流体体积法液滴流动行为
分类号：TK19(热能、热力工程)
资助基金：汽车安全与节能国家重点实验室开放基金课题资助项目(KFY2227)国家自然科学基金(51776089)南通市科技计划资助项目(JC2021166)江苏省自然科学基金资助项目(BK20200910)江苏省教育厅自然科学研究资助项目(20KJB470015)四川省新能源汽车智能控制与仿真测试技术工程研究中心开放课题资助项目(XNYQ2021-003)
论文发表日期：2024-07-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 145-153 )
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