| 摘要 | 第4-5页 |
| Abstract | 第5-6页 |
| 第一章 绪论 | 第13-27页 |
| 1.1 前言 | 第13-14页 |
| 1.2 燃料电池概述及其发展历史 | 第14页 |
| 1.3 燃料电池分类 | 第14-15页 |
| 1.4 PEM燃料电池 | 第15-20页 |
| 1.4.1 PEM燃料电池的效率 | 第15-16页 |
| 1.4.2 PEM燃料电池单体结构 | 第16-20页 |
| 1.5 PEM燃料电池的传质原理 | 第20-22页 |
| 1.5.1 阳极 | 第21页 |
| 1.5.2 阴极 | 第21-22页 |
| 1.6 PEM燃料电池的优势与应用 | 第22-24页 |
| 1.6.1 PEM燃料电池的优势 | 第22页 |
| 1.6.2 PEM燃料电池的应用 | 第22-24页 |
| 1.7 本文研究的意义和主要内容 | 第24-27页 |
| 1.7.1 本文研究的意义 | 第24-25页 |
| 1.7.2 本文研究的主要内容 | 第25-27页 |
| 第二章 PEM燃料电池数学模型的建立 | 第27-39页 |
| 2.1 计算流体力学模型 | 第27-28页 |
| 2.1.1 质量守恒方程 | 第27页 |
| 2.1.2 动量守恒方程 | 第27-28页 |
| 2.1.3 能量守恒方程 | 第28页 |
| 2.1.4 组分守恒方程 | 第28页 |
| 2.2 燃料电池中的电化学反应模型 | 第28-30页 |
| 2.2.1 Bulter-Volmer方程 | 第29页 |
| 2.2.2 电荷守恒方程 | 第29-30页 |
| 2.2.3 反应物消耗和水生成 | 第30页 |
| 2.3 膜中水传输模型 | 第30-32页 |
| 2.3.1 电迁移 | 第30-31页 |
| 2.3.2 浓差扩散 | 第31页 |
| 2.3.3 压差扩散 | 第31-32页 |
| 2.4 燃料电池物性参数模型建立 | 第32页 |
| 2.4.1 黏度 | 第32页 |
| 2.4.2 比热容 | 第32页 |
| 2.4.3 热导率 | 第32页 |
| 2.5 燃料电池的散热 | 第32-34页 |
| 2.5.1 电池的热平衡 | 第33页 |
| 2.5.2 电池的热传导 | 第33-34页 |
| 2.5.3 电池的主动散热 | 第34页 |
| 2.5.4 通过自然对流和辐射的电池散热 | 第34页 |
| 2.6 膜电极的极化 | 第34-37页 |
| 2.6.1 开路电压和极化曲线 | 第34-36页 |
| 2.6.2 活化极化 | 第36页 |
| 2.6.3 欧姆极化 | 第36页 |
| 2.6.4 浓差极化 | 第36-37页 |
| 2.7 本章小结 | 第37-39页 |
| 第三章 不同流场对PEM燃料电池输出性能的影响 | 第39-57页 |
| 3.1 多物理场耦合分析软件的模拟求解 | 第39-41页 |
| 3.1.1 几何物理参数的定义 | 第39-40页 |
| 3.1.2 模型的假设 | 第40-41页 |
| 3.2 COMSOL模拟计算步骤及模块设置 | 第41-50页 |
| 3.2.1 模型定义 | 第41页 |
| 3.2.2 材料 | 第41-42页 |
| 3.2.3 二次电流分布 | 第42-43页 |
| 3.2.4 浓物质传递(阳极) | 第43-45页 |
| 3.2.5 浓物质传递(阴极) | 第45-46页 |
| 3.2.6 自由和多孔介质流动 | 第46-47页 |
| 3.2.7 网格剖分 | 第47-48页 |
| 3.2.8 求解 | 第48-50页 |
| 3.3 结果与讨论 | 第50-55页 |
| 3.3.1 极化曲线 | 第50-51页 |
| 3.3.2 阳极流场氢气浓度 | 第51-52页 |
| 3.3.3 阴极流场氧气浓度 | 第52-54页 |
| 3.3.4 阴极流场水浓度 | 第54-55页 |
| 3.4 本章小结 | 第55-57页 |
| 第四章 PEM燃料电池流场传质的数值模拟 | 第57-65页 |
| 4.1 COMSOL Multiphysics的模拟求解 | 第57-60页 |
| 4.1.1 二维几何模型 | 第57页 |
| 4.1.2 三维几何模型 | 第57-58页 |
| 4.1.3 模型的主要参数 | 第58-59页 |
| 4.1.4 网格划分 | 第59-60页 |
| 4.2 结果与讨论 | 第60-64页 |
| 4.2.1 氧气浓度分布 | 第60-61页 |
| 4.2.2 伏安特性曲线 | 第61-62页 |
| 4.2.3 阴极水浓度分布 | 第62-63页 |
| 4.2.4 进出口氧气浓度差 | 第63页 |
| 4.2.5 阳极催化层与交换膜交界面处温度变化 | 第63-64页 |
| 4.3 本章小结 | 第64-65页 |
| 第五章 气体扩散层厚度对PEM燃料电池性能的影响 | 第65-75页 |
| 5.1 气体扩散层分析 | 第65-66页 |
| 5.1.1 气体扩散层的处理和涂层 | 第65页 |
| 5.1.2 气体扩散层孔隙率 | 第65页 |
| 5.1.3 气体扩散层电导率 | 第65页 |
| 5.1.4 气体扩散层的可压缩性 | 第65-66页 |
| 5.1.5 气体扩散层的渗透率 | 第66页 |
| 5.2 模型的建立 | 第66-67页 |
| 5.3 网格剖分与边界条件的设置 | 第67-68页 |
| 5.3.1 网格剖分 | 第67-68页 |
| 5.3.2 边界条件的设置 | 第68页 |
| 5.4 结果与讨论 | 第68-74页 |
| 5.4.1 极化曲线 | 第68-69页 |
| 5.4.2 阴极催-气交界面处氧气浓度 | 第69-70页 |
| 5.4.3 阳极催-气交界面处氢气浓度 | 第70-72页 |
| 5.4.4 阴极气体扩散层中间界面水浓度 | 第72-73页 |
| 5.4.5 质子交换膜电流密度 | 第73-74页 |
| 5.5 本章小结 | 第74-75页 |
| 第六章 总结与展望 | 第75-77页 |
| 6.1 结论 | 第75-76页 |
| 6.2 展望 | 第76-77页 |
| 参考文献 | 第77-81页 |
| 作者简介 | 第81页 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 | 第81页 |
| 攻读硕士学位期间获得的专利 | 第81-83页 |
| 致谢 | 第83页 |