质子交换膜燃料电池3D流场设计及仿真研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换装置，在新能源领域备受关注。

其中，质子交换膜燃料电池（pemfc）因其低温启动、高能量密度等优点，在电动汽车、便携式电源等领域具有广泛的应用前景。

然而，pemfc的商业化应用仍面临一些挑战，例如成本高、寿命短等问题，而这些问题很大程度上与电池内部的传质传热过程密切相关。

2. 本选题国内外研究状况综述

pemfc流场的设计对电池性能的影响至关重要。

近年来，国内外学者在pemfc流场设计方面进行了大量的研究工作，并取得了一系列成果。

1. 国内研究现状

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

1. 主要内容

1.绪论：-介绍质子交换膜燃料电池的研究背景及意义-分析燃料电池三维流场研究的现状和发展趋势-明确本课题的研究目标和主要内容2.质子交换膜燃料电池工作原理及模型：-介绍pemfc的基本结构和工作原理-建立pemfc的三维流场数学模型，包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和物质传递方程-对模型进行简化和假设，并确定边界条件和初始条件3.流场设计方案：-研究传统的pemfc流场设计，例如蛇形流场、平行流场等-提出新型的三维流场设计方案，例如分叉流场、螺旋流场等-对不同流场结构进行对比分析，比较其优缺点4.数值模拟方法：-选择合适的数值模拟软件，例如comsol、fluent等-对所选模型进行网格划分，并进行网格无关性验证-设置求解参数，并进行数值计算5.结果与分析：-对不同流场结构的模拟结果进行分析，比较其对电池性能的影响-研究关键参数，例如流道尺寸、肋板宽度等，对流场性能的影响规律-分析不同流场结构内部的传质传热机理6.结论与展望：-总结本课题的研究结论，并对未来的研究方向进行展望

2. 写作提纲

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用数值模拟的方法，对不同三维流场结构的pemfc进行性能分析和优化。

具体步骤如下：
1.文献调研：查阅国内外相关文献，了解pemfc流场设计的研究现状、最新进展和发展趋势，为本研究提供理论基础和参考依据。

2.模型建立：基于pemfc的工作原理和传质传热机理，建立三维流场数学模型。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.设计新型高效的三维流场结构：突破传统流场设计的局限性，设计出具有更高传质传热效率、更优水管理能力的新型三维流场结构，例如分叉流场、螺旋流场等。

2.建立更精确的数值模拟模型：考虑更多影响因素，例如水传输、电化学反应等，建立更精确的pemfc三维流场数值模拟模型，提高模拟结果的可靠性和准确性。

3.揭示三维流场对pemfc性能影响机理：通过对不同流场结构的模拟结果进行深入分析，揭示三维流场结构对pemfc性能影响的内在机理，为流场优化设计提供理论依据。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 王建强,马重阳,孙浩,等.燃料电池阴极多孔介质层液滴行为及排水特性研究进展[j].化工进展,2020,39(1):1-14.

2. 贾海坤,潘牧,宋志伟,等.质子交换膜燃料电池三维多相多组分传递模型研究进展[j].化工进展,2020,39(4):1521-1532.

3. 王彤,王斯腾,王素娜,等.燃料电池金属双极板腐蚀研究进展[j].材料保护,2020,53(3):122-130.