基于孔隙尺度的燃料电池气体扩散层结冰研究

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2019年第12期北京时间：

作者：许澎

摘要：针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程，首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先，构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构；其次，通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二维介质方腔凝固三组数值试验严格考察该凝固模型中液态水、固体冰和碳纤维不同热物理参数选取的精确性，证明引入的格子Boltzmann方法在研究燃料电池气体扩散层中结冰现象的有效性；最后，针对孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的二维气体扩散层在孔隙尺度下的结冰过程进行模拟研究.模拟结果表明，对应孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9时，气体扩散层孔中液态水完全结冰量纲一时间F0分别为2.67、3.11、3.68、4.31和4.84，有自然对流情况下的结冰时间F0比无自然对流时分别减少0、0、0.001、0.001和0.007.

关键词：燃料电池, 气体扩散层, 孔隙尺度, 格子Boltzmann方法, 结冰

基金资助：国家重点研发计划（2017YFB0102802）