PEM燃料電池氣體擴(kuò)散層微觀結(jié)構(gòu)中交叉流的數(shù)值模擬研究.pdf

1、如何有效地利用陰極反應(yīng)生成的水和加濕的反應(yīng)氣體對(duì)膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃献饔?，并及時(shí)地排出陰極液態(tài)水，是提高質(zhì)子交換膜燃料電池性能的關(guān)鍵。作為氣體擴(kuò)散層中一種典型的流動(dòng)形式，交叉流能夠有效地排出陰極液態(tài)水。同時(shí)，由于氣體擴(kuò)散層的疏水處理工藝，會(huì)導(dǎo)致其表面的接觸角分布不均勻。交叉流以及非均勻接觸角對(duì)氣體擴(kuò)散層微觀結(jié)構(gòu)中液態(tài)水的傳輸過(guò)程均有影響，目前，與此相關(guān)的研究還很少。
　　本研究基于已經(jīng)開發(fā)的氣體擴(kuò)散層真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的重建模型和VOF方法

2、，建立了一個(gè)三維、兩相流瞬態(tài)模型，研究接觸角（固定和漸變）、壓力差（毛細(xì)壓力）對(duì)交叉流在氣體擴(kuò)散層微觀結(jié)構(gòu)中傳輸特性的影響。
　　研究結(jié)果表明，交叉流在氣體擴(kuò)散層的傳輸過(guò)程中，會(huì)先通過(guò)一些容易滲透的孔隙，形成“毛細(xì)指進(jìn)模式”；然后越來(lái)越多的液態(tài)水侵入到氣體擴(kuò)散層中，填滿其余的大部分孔隙，形成“穩(wěn)定傳輸模式”。研究證實(shí)，對(duì)液態(tài)水的傳輸模式來(lái)說(shuō)，壓力差比接觸角具有更顯著的影響。較高的壓力差和較小的接觸角能夠加快液態(tài)水的侵入過(guò)程，使交叉

3、流動(dòng)過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間縮短；對(duì)于漸變接觸角工況，在垂直于流道方向的不同橫截面上，氣體擴(kuò)散層表面的接觸角也不相同。在這些截面上，交叉流的傳輸特性與其在相對(duì)應(yīng)的固定接觸角工況下具有相同的變化規(guī)律；對(duì)于交叉流在氣體擴(kuò)散層中的整個(gè)傳輸過(guò)程，漸變接觸角工況與其相對(duì)應(yīng)的固定接觸角中間值工況下的變化規(guī)律相似。當(dāng)交叉流的傳輸過(guò)程接近結(jié)束時(shí)，達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，毛細(xì)壓力（壓力差）隨液態(tài)水體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，這個(gè)趨勢(shì)在液態(tài)水體積分?jǐn)?shù)