摘要：在空气自然对流式燃料电池内部,速度、温度、组分浓度及电流分布特性有着极强的耦合作用.氧气质量传输限制引起的浓度过电位是这种燃料电池的主要性能损失.从自然对流、传热传质的角度,建立了三维数学模型.利用三维流体动力学软件和用户建立的子程序,对自然对流下Navier-Stokes方程,能量方程,电化学动力学方程以及组分、水的传输方程进行了数值求解.通过分析数值计算的结果,结合自然对流的特性,设计了实验系统.对温度分布和电池性能进行了测试.对空气湿度对电池性能的影响进行了分析.数值计算结果与实验结果很好地吻合.模型的建立,对于认识空气自然对流式质子交换膜燃料电池内部的耦合传输现象有极大的意义,可以作为质子交换膜燃料电池的计算机辅助优化设计工具.

摘要：由于阴极气体通道中的自然对流和传热传质特性与电化学反应的耦合,阴极流道对自由呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能有着极大的影响。合理的流道设计有助于氧气质量传输和流道中水的合理分布,有效提高电池性能。根据自由呼吸式燃料电池的内部传输现象,建立了三维的流体传动,传热传质和电化学模型,基于计算流体力学(CFD)数值计算方法,利用商业CFD计算软件三维求解了Navier-stokes方程,同时利用用户自建的子程序对电化学模型及水的传输模型进行了求解,二者相互耦合。模型计算经过实验进行了验证。针对不同阴极流道开口率对实际电池性能的影响,计算了电池的内部参数。通过分析结果,提出了这种电池操作条件和设计下的最佳开口率。