直接甲醇燃料电池内多相物质传输特性的数值模拟研究
发布时间：2022-12-04 11:15
直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）是将燃料（甲醇）的化学能直接转化为电能的装置。与锂离子电池相比,DMFC是一种清洁能源装置,具有结构简单、能量利用效率和能量密度高、运行时间长等优点。本文以DMFC为研究对象,应用商业流体力学软件ANSYS FLUENT,分别建立了二维多相被动式和三维多相主动式DMFC的单电池数值模型。通过模拟计算,优化电极结构和操作条件,分析电池内气液两相流动、电化学反应以及渗透现象,深入理解DMFC内部多相物质传输规律,为DMFC的研究提供理论依据。本文的主要研究工作如下:1.建立了一个二维多相被动式DMFC数值模型,设计上加入微孔层（micro-porous layer,MPL）,结果表明,阳极微孔层（anode micro-porous layer,AMPL）起到抑制甲醇传输的作用,能有效阻碍甲醇由阳极扩散层（anode diffusion layer,ADL）到达阳极催化层（anode catalyte layer,ACL）,减少了甲醇由阳极到阴极的渗透量,同时,加入了 MPL后,可以提高液态甲醇的供料浓度。阴极...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要的符号表及物理名称
第1章 绪论
1.1 燃料电池
1.2 直接甲醇燃料电池
1.2.1 被动式DMFC和主动式DMFC
1.2.2 DMFC工作原理
1.2.3 DMFC基本组成
1.2.4 DMFC的性能
1.2.5 DMFC商业化面临的问题
1.3 DMFC的研究现状
1.3.1 被动式DMFC研究现状
1.3.2 主动式DMFC研究现状
1.4 本文的研究内容
1.5 本章小结
第2章 可变接触角对被动式DMFC的影响及分析
2.1 引言
2.2 DMFC二维多相模型
2.2.1 几何模型与计算域
2.2.2 控制方程
2.2.3 物质在多孔介质里的传输
2.3 边界条件
2.4 数值计算方法
2.5 结果和讨论
2.5.1 模型验证
2.5.2 微孔层的影响
2.5.3 扩散层接触角的影响
2.5.4 微孔层接触角的影响
2.6 本章小结
第3章 应用欧拉-欧拉多相流模型的主动式DMFC模型
3.1 引言
3.2 模型的结构与计算域
3.3 控制方程
3.3.1 欧拉-欧拉多相流模型
3.3.2 多孔介质区域的控制方程
3.3.3 流道/扩散层接触面的质量守恒
3.3.4 物质的传输
3.4 边界条件
3.5 数值计算方法
3.6 结果和讨论
3.6.1 模型验证
3.6.2 电流密度的影响
3.6.3 甲醇浓度的影响
3.6.4 操作温度的影响
3.7 本章小结
第4章 阴极扩散层的各向异性传输属性对DMFC的影响及分析
4.1 引言
4.2 扩散层的各向异性传输
4.2.1 各向异性的电子传输
4.2.2 各向异性的渗透性
4.2.3 各向异性的气体扩散传输
4.2.4 各向异性的热传导
4.3 边界条件
4.4 结果和讨论
4.4.1 各向异性和各向同性的比较
4.4.2 各向异性的电导率的影响
4.4.3 各向异性的渗透性的影响
4.4.4 各向异性的气体扩散的影响
4.5 本章小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Semi-interpenetrating polymer networks toward sulfonated poly（ether ether ketone） membranes for high concentration direct methanol fuel cell[J]. Xupo Liu,Yunfeng Zhang,Shaofeng Deng,Cuicui Li,Jiaming Dong,Jiaying Wang,Zehui Yang,Deli Wang,Hansong Cheng. Chinese Chemical Letters. 2019(02)
本文编号：3708154
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要的符号表及物理名称
第1章 绪论
1.1 燃料电池
1.2 直接甲醇燃料电池
1.2.1 被动式DMFC和主动式DMFC
1.2.2 DMFC工作原理
1.2.3 DMFC基本组成
1.2.4 DMFC的性能
1.2.5 DMFC商业化面临的问题
1.3 DMFC的研究现状
1.3.1 被动式DMFC研究现状
1.3.2 主动式DMFC研究现状
1.4 本文的研究内容
1.5 本章小结
第2章 可变接触角对被动式DMFC的影响及分析
2.1 引言
2.2 DMFC二维多相模型
2.2.1 几何模型与计算域
2.2.2 控制方程
2.2.3 物质在多孔介质里的传输
2.3 边界条件
2.4 数值计算方法
2.5 结果和讨论
2.5.1 模型验证
2.5.2 微孔层的影响
2.5.3 扩散层接触角的影响
2.5.4 微孔层接触角的影响
2.6 本章小结
第3章 应用欧拉-欧拉多相流模型的主动式DMFC模型
3.1 引言
3.2 模型的结构与计算域
3.3 控制方程
3.3.1 欧拉-欧拉多相流模型
3.3.2 多孔介质区域的控制方程
3.3.3 流道/扩散层接触面的质量守恒
3.3.4 物质的传输
3.4 边界条件
3.5 数值计算方法
3.6 结果和讨论
3.6.1 模型验证
3.6.2 电流密度的影响
3.6.3 甲醇浓度的影响
3.6.4 操作温度的影响
3.7 本章小结
第4章 阴极扩散层的各向异性传输属性对DMFC的影响及分析
4.1 引言
4.2 扩散层的各向异性传输
4.2.1 各向异性的电子传输
4.2.2 各向异性的渗透性
4.2.3 各向异性的气体扩散传输
4.2.4 各向异性的热传导
4.3 边界条件
4.4 结果和讨论
4.4.1 各向异性和各向同性的比较
4.4.2 各向异性的电导率的影响
4.4.3 各向异性的渗透性的影响
4.4.4 各向异性的气体扩散的影响
4.5 本章小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Semi-interpenetrating polymer networks toward sulfonated poly（ether ether ketone） membranes for high concentration direct methanol fuel cell[J]. Xupo Liu,Yunfeng Zhang,Shaofeng Deng,Cuicui Li,Jiaming Dong,Jiaying Wang,Zehui Yang,Deli Wang,Hansong Cheng. Chinese Chemical Letters. 2019(02)
本文编号：3708154
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3708154.html