【作者】

许晟; 尹必峰; 董非; 贾和坤

【单位】

江苏大学汽车与交通工程学院

【摘要】

零下环境中气体扩散层内冰的冻胀过程极大恶化了燃料电池的冷启动性能。现阶段对考虑三维真实GDL多孔骨架在真实零下低温工况下的冻结孔尺度机理认识仍缺乏。在本研究中，基于介观孔尺度格子玻尔兹曼方法建立零下环气体扩散层液态水冻结孔尺度模型，探究了环境温度、冷却温度、孔隙率和碳纤维直径的影响，提出了冻结率和傅里叶数的关联式。结果表明，液态水冻结过程主要分为两个过程同时进行：一方面，由外向内冻结；另一方面，由碳纤维向液态水中心冻结。在低傅里叶数的情况下，随着初始温度提高，GDL孔隙中液态水的温度逐步提高。冷却温度的提高大大延缓了GDL内部液态水冻结的速率。随着冷却温度的增大，第二阶段相变所需要的时间迅速增大，发生相变后的固态冰体积减小。孔隙率的增大导致了GDL内液态水区域中的热对流的效果有所加强。冻结前中期的液相区域面积随着孔隙率的增大而逐步增大，冻结后期液态水区域呈现不规则性。纤维直径的增大会加强纤维的强化传递冷量的效果。仿真数据与所提表达式吻合较好，该拟合关系式可以很好地对结果进行预测。本研究将为低温环境下GDL冷启动性能的设计优化提供理论支撑和设计指导。

【关键词】

燃料电池;气体扩散层;多孔骨架;冻结过程;格子玻尔兹曼方法

【论文集名称】

燃料电池与储能

【会议名称】

2024世界内燃机大会

【会议时间】

2024-4-19至2024-4-23

【会议地点】

天津市

【下载次数】

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