PEMFC組件應(yīng)力與應(yīng)變規(guī)律的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell）是一種不需要經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程而能夠?qū)?chǔ)存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，由于其具有能量轉(zhuǎn)化效率高、能夠低溫啟動(dòng)、無(wú)化學(xué)腐蝕、能量密度高、零排放、無(wú)污染、噪聲低、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)迅猛發(fā)展，成為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的最有力競(jìng)爭(zhēng)者，是最有前景的環(huán)保能源，尤其是在汽車動(dòng)力、便攜式電源、電子產(chǎn)品等方面的應(yīng)用。但是因?yàn)槠涔ぷ鬟^(guò)程的復(fù)雜

2、性，很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到其內(nèi)部詳細(xì)的數(shù)據(jù)分布，而且實(shí)際制造裝配的成本較高。所以，先對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析就顯得尤為重要。
　　首先，本文建立了三級(jí)電堆模型，根據(jù)有限元方法，利用ANSYS Workbench軟件，對(duì)電堆采用不同的夾緊方式以及不同大小的夾緊力，對(duì)電堆的裝配進(jìn)行仿真，對(duì)比分析應(yīng)變以及接觸應(yīng)力分布。并利用Matlab對(duì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出電堆組件的變形曲線圖進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，當(dāng)采用第一種加載方式載荷為1MPa-1.

3、5MPa時(shí)電堆性能最優(yōu)；當(dāng)采用第二種加載方式載荷為0.5MPa-1MPa時(shí)電堆性能最優(yōu)。并且第二種加載方式要優(yōu)于第一種加載方式。
　　其次，本文建立質(zhì)子交換膜燃料電池的簡(jiǎn)化模型，對(duì)不同夾緊力下氣體擴(kuò)散層的孔隙率進(jìn)行了仿真計(jì)算。結(jié)果表明，夾緊力越大，位于雙極板脊部下方的氣體擴(kuò)散層被擠壓的厚度越小，孔隙率越小，氣體擴(kuò)散層因?yàn)槭軘D壓而嵌入流道的部分越多，位于雙極板流道下方的氣體擴(kuò)散層基本不被壓縮。
　　然后，本文利用流體分析軟件

4、Fluent建立電池的二維兩相流模型，向流道通入氣體進(jìn)行仿真，對(duì)比分析通入不同大小壓力氣體時(shí)流道內(nèi)的壓降、反應(yīng)氣體的分布均勻性等。然后將得到的壓力分布結(jié)果導(dǎo)入Workbench進(jìn)行耦合仿真，對(duì)比分析組件的應(yīng)變及接觸應(yīng)力分布，從而判斷電池的性能受裝配載荷以及通氣壓力的影響。
　　最后，本文設(shè)計(jì)了電堆裝配優(yōu)化的程序，輸入不同的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算就能輸出不同的結(jié)果，然后對(duì)輸出的結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，就可以得出最優(yōu)的電堆封裝參數(shù)以及最優(yōu)的通氣壓力。