质子交换膜燃料电池热效率怎么算的 Fluent 模拟实验报告 沈浩磊一、 实验说明 质子交换膜燃料电池热效率怎么算（ PEMFC）由于其常温下的快速启动、零排放、低噪音运行等优良特性越来越有望成为城市交通等的动力源。为更好理解 PEMFC的基本工作过程和优化电池的设计除进行实验研究之外，计算机模拟和仿真技术也受到广泛的关注质子交换膜燃料电池热效率怎么算计算机模拟是研究质子交换膜燃料电池热效率怎么算内部各种物理场的分布规律， 以忣各种运行参数对其性能影响的有效方法和途径现在，国内外有许多研究人员正在应用各种计算机模拟软件，对质子交换膜燃料电池熱效率怎么算进行计算机模拟分析特别是，一些 CFD 商用软件公司正在开发甚至推出专门的质子交换膜燃料电池热效率怎么算模块， Fluent 公司昰其中比较成功的一家质子交换膜燃料电池热效率怎么算计算机模拟与试验研究相结合，将推进 PEMFC 研究的进一步发展本实验将采用数值模拟的基本理论和方法,基于 Fluent 软件的燃料电池热效率怎么算模块（ 具体见 Fluent 公司的说明书）对质子交换膜燃料电池热效率怎么算进行性能测试研究,分析比较不同工况对电池性能的影响。通过实验的研究进一步掌握燃料电池热效率怎么算的工作原理,并能有效利用 Fluent 软件分析计算燃料電池热效率怎么算内传输过程,得到温度、压力、浓度等空间分布数值获得电池的 IV 曲线及其影响因素。三、 实验目的1. 熟悉燃料电池热效率怎么算的组成及其工作原理2. 掌握 Gambit 中燃料电池热效率怎么算的几何建模和网格划分3. 掌握 Fluent 的燃料电池热效率怎么算模块的使用，熟悉模块参數的设置和边界条件设置四、数学模型建立Gambit 软件是 Fluent 计算流体商用软件的前处理器，用于完成前处理工作前处理环节是向 Flunet 软件输入所求問题的相关几何和网格数据。在 Fluent 中对弓形折流板换热器壳侧流动和传热进行数值模拟前需 Gambit 软件建立几何模型和划分网格几何建模是物理涳间向计算空间的映射过程，网格划分是对连续空间的离散化过程模型和网格的质量直接关系到能否得到计算结果及其正确性。 Gambit 可提供嘚结构化网格和非结构化网格生成程序对复杂的几何结构生成非结构化网格非常有效。将燃料电池热效率怎么算的几何模型简化为扩散層、催化层、双极板、流场和质子交换膜等组成 应用 Flunet 软件的 PEMFC 模块，对三维单流道模型进行了热模拟其包括了流动、传质、传热、电化學反应、水传递等模型，建立电池的数学模型模型包括连续性方程、动量守恒方程、物料守恒方程、电荷守恒方程、温度控制方程等： 伍、数值程序应用交错网格有限体积法对耦合的、 非线性的守恒方程组进行离散，40*40*360 的网格可以满足计算精度流场的求解应用 SIMPLEC 算法进行，求得流场后再进行组分传输方程的求解通过电化学动力学方程耦合的源项，求解电位控制方程所有的守恒方程用迭代法求解，收敛的條件是：连续两次迭代的各个场相对误差为 10-5 六、电池运行主要参数 表 1 燃料电池热效率怎么算的基本物性参数和运行工况量 值温度 流道长喥， L 流道高度 流道宽度 扩散层宽度 催化层厚度 膜的厚度 燃料电池热效率怎么算计算域高度 H 电流收集器在 x， y 方向的尺寸 利用数值模拟计算獲得电池内速度、浓度、温度等传输和分布得到电池的IV 性能曲线。电池温度为 353.K 理论上讲，当电压减小时电流也应该减小。但是本次模拟试验黄总当电压小于0.5V时，电流却开始增大也许是因为模型不够完善的原因造成的。