质子交换膜燃料电池双极板的设计与优化

目录

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 质子交换膜燃料电池简介

1.2.1 PEMFC 的工作原理

1.2.2 PEMFC 的基本组成部件

1.3 国内外研究现状

1.3.1 PEMFC 国内外研究现状

1.3.2 PEMFC 双极板研究现状

1.3.3 金属双极板的加工成型方法

1.3.4 双极板流场的优化研究现状

1.4 本文的主要研究内容与技术路线

第二章 PEMFC 和数值模拟的基本理论

2.1 PEMFC模型基本假设

2.2 基本流体力学模型

2.2.1 质量守恒方程

2.2.2 动量守恒方程

2.2.3 组分守恒方程

2.2.4 能量守恒方程

2.3 PEMFC 中的电化学反应模型

2.3.1 电荷守恒方程

2.3.2 电流守恒方程

2.3.3 反应物消耗和水生成

2.4 双极板结构优化简介

2.4.1 优化目的

2.4.2 优化内容

2.5 本章小结

第三章 双极板流场建模与仿真分析

3.1 PEMFC 仿真模型的构建

3.1.1 多物理场耦合分析软件 COMSOL Multiphysics 简介

3.1.2 PEMFC 模拟仿真的基本步骤

3.2 单电池仿真模型的建立

3.3 边界条件设置

3.4 有限元网格划分

3.5 模型准确性验证

3.5.1 网格无关化验证

3.5.2 模型与实验验证

3.6 结果分析与讨论

3.6.1 极化曲线

3.6.2 阴极进出口压降

3.6.3 气体浓度分布

3.6.4 膜电流密度分析

3.7 本章小结

第四章 PEMFC 性能影响因素的数值模拟及优化

4.1 入口端的设计及优化

4.1.1 物理模型

4.1.2 模型假设与边界条件

4.1.3 数值模拟与结果分析

4.2 基于遗传算法的双极板流道截面尺寸的优化

4.2.1 模型建立

4.2.2 遗传算法

4.2.3 优化目标的选择

4.2.4 优化过程

4.2.5 优化结果与分析

4.3 本章小结

第五章 装配工况下双极板应力应变的分析研究

5.1 三级电堆建模

5.2 三级电堆装配仿真

5.2.1导入几何模型

5.2.2 材料属性

5.2.3 划分网格

5.2.4 施加载荷

5.3 装配应变分析

5.4 双极板与扩散层接触应力分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论与创新点

6.2 展望

参考文献

致 谢

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