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研究生:鄭欽獻
研究生(外文):CHIN-HSIEN CHENG
論文名稱:質子交換膜式燃料電池流場數值模擬與性能分析
論文名稱(外文):Flow Field Simulation and Performance Analysis of PEMFC
指導教授:洪哲文洪哲文引用關係
指導教授(外文):CHE-WUN HONG
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:質子交換膜燃料電池流場性能
相關次數:
  • 被引用被引用:2
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本論文針對質子交換膜式燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)進行三維穩態流場濃度場數值模擬,並評估各式流道設計對其電化學性能影響。
由於PEMFC在實際動態操作條件下,內部流場、燃料濃度、氧化劑濃度及溫度、溼度分佈等都會隨時間空間多維變化,且液態水在薄膜中的量及分佈也會影響薄膜的導離子性,進而影響整個電池的效能。本論文導出PEMFC完整瞬態三維模式,適用於直接氫氣與直接甲醇燃料電池,但因瞬態非線性偏微分方程式解題較為複雜,本研究先行簡化數學模式成三維穩態線性,假設等溫與單相流,故可以有限差分法求解速度場、濃度場,由於直接氫氣燃料電池陰極擴散層之電位降為影響燃料電池性能最大因素,故本論文針對三種不同幾何形狀流道設計(單條蛇狀、平行三條蛇狀以及三條直通道),評估其流場變化與電能輸出,結論是流道設計直接影響燃料與氧化劑在擴散層中的輸送,若流道形狀能加強流體在擴散層中的對流能力,將有助於電池效能的提升。本論文中平行三蛇狀流道設計能獲得最大電流密度,同時證明流場佈局設計亦為影響燃料電池性能之重要因素,此在未來高動力密度(Power Density)燃料電池設計時,將使機械熱流領域扮演更重要角色。

目錄
摘要…………………………………………………………………….Ⅰ
目錄……………………………………………………………..………Ⅱ
圖目錄………………………………………………………………….Ⅲ
參數定義……………………………………………………………….VI
第一章 緒論…………………………………………………………….1
1.1 引言……………………………………………………………1
1.2質子交換膜燃料電池簡介………………………………1
1.3 文獻回顧……………………………………………………..5
1.4 研究目的與方法………………………………………………7
第二章 PEM燃料電池數學模式…………………………………………8
2.1 模式說明………………………………………………………8
2.2 統御方程式……………………………………………………8
第三章 線性模式與數值方法…………………………………………15
3.1 基本假設….…………………………………………………16
3.2 簡化後統御方程式…………………………………………17
3.3 邊界條件……………………………………………………20
3.4 數值方法…………………………………………………….22
3.5 數值流程…………………………………………………….27
第四章 結果與討論……………………………………………………29
4.1 壓力場分佈圖………………………………………………29
4.2 速度場分佈圖………………………………………………33
4.3 徑線分佈圖…………………………………………………40
4.4 濃度場分佈圖………………………………………………43
4.5 性能比較圖…………………………………………………50
4.6 參數影響分析………………………………………………52
第五章 結論與未來工作………………………………………………57
5.1 結論…………..………………………………………………57
5.2未來工作………………………………………………………59
參考文獻………………………………………………………………61

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