臺灣博碩士論文加值系統

本文之目的首先探討質子交換膜燃料電池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)不同流道形狀下之比較，找出一較佳形狀後，進而討論兩種不同流道彎角的現象。
研究方法乃以計算流體力學之套裝軟體FLUENT來模擬不同流道形狀和流道轉彎處的現象，轉角處一為直角（retangular），一為完全導圓角（full round），研究中藉以不同的陽極輸入流率、不同的擴散層孔隙度以及不同的輸入溫度，來觀察比較流道內濃度、壓力的分布，以及對電流密度的影響。
模擬結果顯示溫度的提高以及孔隙的增大皆有助於電流密度的上升，而雷諾數的增大對電流的輸出並未有太大影響，但卻可延後濃度的消散。另一方面，在兩種不同流道彎角的情況下，顯示出直角的電流密度較導圓角的佳。

First，the purpose of this study is to investigate different channel shape，and find out better from them for cell，then to investigate and discuss phenomenon for two bending place of channel.
The method of this study was used computational fluid dynamic software FLUENT to simulate the different channel shape and bending place of channel ：one is rectangular；and the other is full round . Using different mass flow rate in the anode channel，different gas diffusion layer porosity and different temperature to observe and compare effect for the cell.
The results of simulation reveal that enhance temperature and increase porosity can improve current density. The effect of increasing Reynold number is not huge to current density，but can make consumption of concentration delay. On the other hand，result reveals performance of rectangular bend channel is much better full round bend channel.

中文摘要…………………………………………………….Ⅰ
Abstract…………… ………………………………………...Ⅱ
誌謝……………………………………………………….…Ⅲ
目錄……………………………………………………….…Ⅳ
表目錄……………………………………………………….VII
圖目錄……………………………………………………...VIII
符號說明…………………………………...…...……………XI
第一章 導論…………………………………………….…1
1-1 前言…………………………………………1
1-2 研究動機與目的……………………………2
1-3 本文架構……………………………………3
1-4 文獻回顧………………………..…………..3
第二章 問題描述與統御方程式…………………...…....10
2-1 問題描述與基本假設……………..………10
2-2 統御方程式………………………………..11
第三章 數值方法………………………………….…… ..21
3-1 FLUENT的結構…………………..…....21
3-1-1 前處理器GAMBIT…………...…...21
3-1-2 求解器FLUENT……………………22
3-2 燃料電池計算流程………………………24
3-3 鬆弛係數與收斂標準………………………26
3-3-1 鬆弛因子…………….………….…..26
3-3-2 收斂標準……………………………26

第四章 結果與討論………………….………….….….…..29
4-1 基本假設之參數設定..…....……..…………..29
4-2 電流密度分析…….……….….….…..….…..30
4-2-1 不同流道形狀之影響….……..……30
4-2-2 彎角處為直角的流道….……..……30
（1）入口溫度的影響…………….30
（2）擴散層孔隙度的影響……….31
（3）陽極入口流率的影響……….31
4-2-3 彎角處為完全導圓角的流道…….....32
（1）入口溫度的影響…………….32
（2）擴散層孔隙度的影響……….33
（3）陽極入口流率的影響……….33
4-2-4 彎角處為直角與導圓角的比較….....33
第五章 結論與建議……………….……..………...……......69
5-1 結論…………..………..….…………..………69
5-2 建議…………………..…...…………..……...69
參考文獻………………………….………....………..……....71


















表 目 錄
表1-1 燃料電池種類特性表……………………………..……………7
表4-1 模型之參數設定………………………………………………29
表4-2 P=1atm，T=313K，不同流道形狀之V-I表………………34
表4-3正方形流道，壓力1atm，不同溫度下之V-I表………………34
表4-4 正方形流道，溫度353K，不同壓力下之V-I表………………35














圖 目 錄
圖1-1 燃料電池基本組成圖………………………………………..8
圖1-2 操作原理示意圖……………………………………………..9
圖2-1 燃料電池電壓降與功率密度特性………………………….15
圖2-2 正方形流道示意圖…………………………………………..16
圖2-3 等腰三角形流道示意圖……………………………………….17
圖2-4 橢圓形流道示意圖…………………………………………….18
圖2-5 直角流道示意圖……………………………………………….19
圖2-6 完全導圓角流道示意圖……………………………………….20
圖3-1 CFD工作流程圖…………………….……………………….27
圖3-2 FLUENT流場計算流程圖……………………………………28
圖4-1壓力1atm，溫度313K，不同流道形狀之V-I圖……………36
圖4-2正方形流道，壓力1atm，不同溫度下之V-I圖………………36
圖4-3正方形流道，溫度353K，不同壓力下之V-I圖……………37
彎角為直角圖…………………………………………………………..38
圖4-4 雷諾數15，孔隙0.5，不同溫度下之V-I圖……………….38
圖4-5雷諾數30，孔隙0.5，不同溫度下之V-I圖………………..39
圖4-6雷諾數60，孔隙0.5，不同溫度下之V-I圖………………..40
圖4-7雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=313 k…41
圖4-8雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=333 k…42
圖4-9雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k…43
圖4-10雷諾數15，溫度353k，不同孔隙V-I圖……………………44
圖4-11雷諾數30，溫度353k，不同孔隙V-I圖……………………45
圖4-12雷諾數60，溫度353k，不同孔隙V-I圖……………………46
圖4-13氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.3…47
圖4-14氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.4…48
圖4-15氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.5…49圖4-16 溫度313K，孔隙0.5，不同雷諾數V-I圖…………………. 50
圖4-17 溫度333K，孔隙0.5，不同雷諾數V-I圖…………………. 51圖4-18 溫度353K，孔隙0.5，不同雷諾數V-I圖…………………. 52圖4-19雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=313 k…53
圖4-20雷諾數30，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=313 k…54
圖4-21雷諾數60，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=313 k…55
圖4-22雷諾數15，沿著流道之壓力分佈……………………………56
圖4-23雷諾數30，沿著流道之壓力分佈……………………………56
圖4-24雷諾數60，沿著流道之壓力分佈……………………………57
彎角為完全導圓角圖…………………………………………………..58
圖4-25 雷諾數15，孔隙0.5，不同溫度下之V-I圖……………….58
圖4-26雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=313 k…59
圖4-27雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=333 k…60
圖4-28雷諾數15，氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k…61圖4-29雷諾數60，溫度353k，不同孔隙V-I圖……………………62
圖4-30氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.3…63
圖4-31氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.4…64
圖4-32氫沿著流道之質量分率：V=0.3(v)，T=353 k，孔隙0.5…65
圖4-33 溫度313K，孔隙0.5，不同雷諾數V-I圖…………………. 66
圖4-34雷諾數30，沿著流道之壓力分佈……………………………67
圖4-35雷諾數60，沿著流道之壓力分佈……………………………67
圖4-36 彎角為直角與完全導圓角V-I圖……………………….......68

參考文獻
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