质子交换膜燃料电池蛇形流道的进出口方式对冷却效果的影响

周聪聪+++吴杰+++张文轩+++张强

摘 要：文章针对4进口蛇形流道选择了三种进出口方式，利用UG建立模型，通过fluent进行模拟仿真计算，来分析对冷却流板表面最低温度、最高温度、平均温度的影响。为质子交换膜燃料电池蛇形流道的进出口方式的选择提供了理论参考。

关键词：质子交换膜燃料电池；蛇形流道；换热

1 概述

质子交换膜燃料电池作为一种低温燃料电池，典型的工作温度范围为60℃～85℃，在运行中会产生大量的热，主要是由化学反应和水的凝结生成[1]。如果不充分或者无效的电池冷却会导致整个或者局部电池温度过高，使得膜脱水、收缩、褶皱甚至破裂，对于电池的性能和寿命都有很大的影响[2]。本文针对蛇形流道，通過对4进口蛇形流道的进出口的三种方式的对比，进而为质子交换膜燃料电池蛇形流道的进出口方式的选择提供理论参考。

2 模型

2.1 几何结构

图1为选择的4进口蛇形流道，1-8即为冷却水的进口和出口。本文研究的第一种进口方式为1，3和5，6；第二种2，4和6，8口为进口；第三种1，2和3，4为进口。

2.2 数学模型及边界条件

对每种进口方式分别选用5组流量进行计算，进口温度均为333.15K，功率均为0.5W/cm2的均匀热源。

3 结果与分析

在流速为0.05m/s时，方式三的最低温度和最高温度以及平均温度都低于其他两种方式；在流速为0.4m/s时，冷却方式三的最高温度要略高于其他两种方式，但最低温度和平均温度要低于其他两种方式。原因在于方式一和二在出水口同时存在入水口，因而入水口的低温水对出水口的高温水有个冷却效果。由此可以得出结论：方式三的换热效果较好，即冷却水从一侧流，冷却效果较好。

4 结束语

通过对4进口蛇形流道选择了三种进出口方式进行对比，发现方式三的换热效果较好，即冷却水从一侧流，冷却效果较好。

参考文献

[1]SATISH G K，ZIJIE L，Applied Thermal Engineering，2009（29）：127

6-1280.

[2]AMIR F，ZHEN G，International Journal of Heat andMass Transfer，2005（48）：3891-3920.