基于格子boltzmann方法的燃料电池多相传输现象研究

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1、万方数据论文评阅人l：评阅人2：评阅人3：评阅人4．评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：⑧论文作者签名：蕴逵指导教师签名：万方数据Author’ssignature：Supervisor’ssignature：ExtemalReviewers：fIllllIIIlllllllIllllIIIY2761693K边丑垫塑rQ盘竖Q△丑旦西亟．上也iY壁竖i或Zh垒Q墨h星ng迫坚!rQ蠡：墨墨Q!望h白丝亟g堕卫iy星r墨煎YExaminingCommitteeChairperson：监i盆趣g．￡h魍迎＆鱼墨墨Q△坠白

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3、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：霹移i受签字目期：．2DlOe3月fg日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解迸至三盘望有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝’江基堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：葬移液导师签名：签字日期：．2vtq．年弓月1g日学位论文

4、作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：签字吼刀咋3月『7日电话：邮编：万方数据致谢本文是在孟华教授的悉心指导下完成的。孟老师是一名认真、负责、严谨的老师和科研工作者。从论文选题、研究方法到论文撰写完成，孟老师都给予我精心的指导。孟老师严谨的治学态度、渊博的专业知识以及对科学研究敏锐的洞察力让学生受益匪浅。非常感谢老师这三年多来对我的付出，老师对我的包容、敦促和鼓励，学生铭记于心。感谢香港理工大学倪萌老师一年来对我的支持和指导，在您课题组的学习和工作，使我对格子Boltzmann方法有了更深入的理解，特别是在程序编写和优化方面有了很大的提高，

5、使本文增色不少。感谢浙大航院的老师们，感谢你们对我学习和生活上的帮助，使我得以顺利完成博士期间的学习和科研工作。感谢实验室的所有成员，与你们讨论问题和一起学习，使我获益良多。感谢给本论文提出宝贵意见的各位评审老师们。最后，感谢我的父母和亲人，有了你们的关心和理解，才能一直顺利走下去。万方数据摘要燃料电池是直接将化学能转化为电能的能源动力装置，具有效率高、环境友好等优点，被认为是极具发展潜力和应用前景的可持续利用清洁能源装置。以质子交换膜燃料电池为代表的燃料电池技术表现出巨大的商业应用价值，吸引了众多研究人员的关注和兴趣。从最新的研究情况看

6、，虽然质子交换膜燃料电池技术正在趋于成熟，但仍有许多关键问题急需解决，成为制约其大规模商业化的重要因素。本论文着眼于质子交换膜燃料电池的水管理问题，针对目前实验技术无法达到的区域，基于格子Boltzrnann数值计算方法，开发了一套可以实时动态分析和模拟质子交换膜燃料电池内部多相多组分流动的计算程序，系统分析了质子交换膜燃料电池中液态水的传输现象。具体研究内容包括以下几个部分：第一，充分认识液态水在气体扩散层和微孔层内部的传输过程对质子交换膜燃料电池的水平衡管理，避免水淹引起的性能下降至关重要。本文通过数值重构GDL．MPL多孔介质模型，

7、采用格子Boltzmann方法两相流动模型研究了液态水在GDL—MPL模型中的传输机理、微观孔隙结构对水传输的影响，详细分析了气体扩散层内部水传输现象，微孔层存在对水管理的作用，以及气体扩散层、微孔层以及两者交界面中存在不同裂缝时对水传输的影响。研究结果表明：多孔介质内部水传输主要受毛细力控制；微孔层可以有效控制液态水回流，缓解水淹电极的情况；GDL．MPL模型内部存在裂缝对水饱和度有显著影响。第二，质子交换膜燃料电池电化学反应所产生的液态水经毛细力作用通过多孔气体扩散层后，最终会以液滴的形式出现在扩散层表面。研究与气体扩散层界面相关的气

8、液两相传输现象是分析质子交换膜燃料电池内部反应物输送和水管理的重要内容。本文采用格子Boltzmann方法两相流动模型，对气体扩散层与气道交界面上的气液两相传输问题进行了研究，详细探讨了不同孔