PEMFC蛇形流道几何结构的多目标优化

摘要

搭建了一个活化面积50mm×50mm的三蛇形流场的三维质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池模型,并且基于此开发了自动优化程序,避免了重复的几何构建,网格生成和条件设置操作,大幅降低了计算成本.采用基于非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II)和数值模拟相结合的方法对PEMFC的流道结构进行优化.NSGA-Ⅱ以电池总功率和额外功耗为目标,针对阴阳极流道高度、流道底部和顶部宽度进行优化.通过优劣解距离法(TOPSIS)从Pareto前沿中选择最优的流道几何结构.结果表明,最优的流道是一种梯形流道,且阴极流道的截面积比阳极更大.在0.6 V工作电压下,最优流道结构下PEMFC单电池的总功率相比初始流道提高了7.003％,额外功耗降低了0.62％,且具有更均匀的氧气浓度分布.