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第45卷第10期太阳能学报Vol.45，No.10
2024年10月ACTAENERGIAESOLARISSINICAOct.，2024
DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1012文章编号：0254-0096（2024）10-0061-07
质子交换膜燃料电池直流道内液滴传输研究
12，31111
王翠表，孙峰，苏丹丹，秦帅昌，聂旭亮，董小平
（1.河北大学质量技术监督学院，保定071002；2.北京科技大学新材料技术研究院，北京100083；
3.山西北科乾通储能科技研究院，高平048400）
摘要：建立质子交换膜燃料电池（PEMFC）的二维直流道模型，分析液滴在流道内的产生、破裂及传输全过程，探究进气速
度、气体扩散层表面亲疏水性以及挡板结构参数等关键性因素对液滴传输特性的影响。仿真结果表明，提高进气速度有助于
强化液滴的去除效果，但过高的气体流速会将液滴推向气体扩散层表面，造成液滴累积；亲水性较强的气体扩散层表面导致液
滴严重坍塌形变，堵塞气体扩散层孔隙；液滴在疏水性气体扩散层表面流动速度相对较快，壁面附着力小，利于流道排水；增大
挡板堵塞率可提高挡板下方及后方区域气体流速，提高液滴吹扫能力；挡板表面亲疏水性对流道内液滴去除效果影响较弱。
关键词：质子交换膜燃料电池；有限元；接触角；水管理；流场；流速
中图分类号：TM911.4文献标志码：A
明：增加挡板厚度降低了流道内气体流速，从而降低了液滴
0引言
运动速率；增加挡板堵塞率提高了流道内压降，不利于液滴
水是质子交换膜燃料电池（protonexchangemembrane［12］
去除。朱恂等建立二维流道模型，并利用流体体积方法对
fuelcell，PEMFC）电化学反应的生成物，流道内液滴的传输过液滴形态及位置变化进行了追踪，仿真结果表明GDL的孔隙
［1］
程对反应气体传输及电化学反应效率具有显著影响。气体形状对液滴临界速度变化具有较大影响，临界速度随GDL孔
扩散层（gasdiffusionlayer，GDL）中液态水渗入流道后，会在［13］
隙直径增大而增大。焦道宽等研究不同振动方向对GDL
表面张力作用下聚集为液滴，若液滴不能及时排出流道，会内液滴传输影响，结果发现垂直方向上振动对液滴传输影响
造成局部“水淹”，阻碍反应气体向GDL的传输，进而降低电更大，但水平方向上振动时液滴变化不显著。
［2-3］
池的输出性能。建立PEMFC二维直流道模型，对影响流道内液滴去除
国内外学者对PEMFC阴极流场内液态水的传输特性进效果的关键性因素进行探究。通过改变GDL表面的静态接
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