摘要
燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换装置,在新能源领域备受关注。
燃料电池流场的设计是影响其性能的关键因素之一,优化的流场结构可以有效提升电池的输出功率、降低成本并延长使用寿命。
本文首先介绍了燃料电池的工作原理、流场的作用以及数值模拟方法等基本概念,并回顾了近年来国内外学者在燃料电池流场优化设计和仿真研究方面的进展。
主要内容包括:传统流场(如平行流场、蛇形流场等)的优缺点、新型流场(如分叉型流场、仿生学流场等)的设计思路和性能特点、以及基于计算流体力学(CFD)的流场仿真分析方法。
此外,本文还归纳总结了不同流场设计参数(如肋宽、肋间距、通道高度等)对电池性能的影响规律,并对未来燃料电池流场设计的发展趋势进行了展望。
关键词:燃料电池;流场优化;仿真分析;计算流体力学;性能提升
1.1燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的电化学装置,具有能量转换效率高、环境友好等优点。
其基本工作原理是:燃料(如氢气)在阳极发生氧化反应,释放出电子和质子;电子通过外电路做功,而质子则通过电解质到达阴极;在阴极,质子与氧化剂(如氧气)以及电子发生还原反应,生成水。
1.2流场燃料电池流场是指分布于双极板上的气体通道和肋结构,其作用是引导反应气体均匀分配到电极表面,并及时带走反应产物(如水)。
流场的结构设计直接影响到反应气体的传递效率、水管理效果以及电池的整体性能。
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