基于不同流道參數(shù)對(duì)空冷燃料電池電堆熱場(chǎng)的仿真研究

中圖分類號(hào)：TM911.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19822/j.cnki.1671-6329.20240122

0引言

相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)，燃料電池具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，其效率可達(dá)到 60%^[1-2] 。同時(shí)燃料電池的運(yùn)行產(chǎn)物主要為水，幾乎不產(chǎn)生其他污染物，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)具有一定的積極意義[3。近年來(lái)，燃料電池被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、飛機(jī)以及固定式發(fā)電領(lǐng)域[4]。

在燃料電池的冷卻方式上，傳統(tǒng)燃料電池通常采用水冷系統(tǒng)。然而，水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性構(gòu)成挑戰(zhàn)。而空冷燃料電池通過(guò)強(qiáng)制空氣流過(guò)電堆表面及內(nèi)部流道進(jìn)行散熱，顯著簡(jiǎn)化了冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了系統(tǒng)組件數(shù)量，有效降低了系統(tǒng)故障率，提高了系統(tǒng)可靠性。空冷燃料電池在體積及質(zhì)量方面均具有一定優(yōu)勢(shì)，適用于對(duì)輕量化及空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，例如無(wú)人機(jī)及小型移動(dòng)設(shè)備。

盡管空冷系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，但其散熱能力相對(duì)有限，且電堆內(nèi)部溫度分布受風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)量、氣流組織、電化學(xué)反應(yīng)熱等因素的耦合影響，其溫度控制策略的精確性直接關(guān)系到燃料電池的性能、壽命和安全性。因此，深人理解空冷燃料電池內(nèi)部溫度分布特性及影響因素至關(guān)重要。本文針對(duì)傳統(tǒng)小孔式空冷氫燃料電池進(jìn)行仿真分析，探究在不同電流密度工況下風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)量對(duì)電堆內(nèi)部溫度的影響。同時(shí)，為了確保方針模型的準(zhǔn)確性和可靠性，本文還將對(duì)現(xiàn)有風(fēng)扇進(jìn)行標(biāo)定，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比的方式，驗(yàn)證仿真模型的預(yù)測(cè)精度，旨在為空冷燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定參考。……