微型DMFC陽極氣液兩相流研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)有很多很好的優(yōu)點(diǎn),例如甲醇來源清潔豐富而且儲存方便,化學(xué)反應(yīng)時(shí)溫度較低,易于集成而且便攜式程度高,工作時(shí)間較傳統(tǒng)電池長以及反應(yīng)產(chǎn)物污染小等,μDMFC是最有可能替代傳統(tǒng)電池成為便攜式電子設(shè)備中的新型電源之一。與常規(guī)尺寸相比,微型甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)縮小后陽極產(chǎn)物CO2直接影響甲醇傳質(zhì)并抑制性能提高。
　　本文以格子波爾茲曼方法為基礎(chǔ),從理

2、論上研究了電池內(nèi)部反應(yīng)過程中產(chǎn)生的CO2氣泡的運(yùn)動情況。格子波爾茲曼方法是一種介觀方法,適用于分析流體的微尺度效應(yīng),從而為優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)以及調(diào)整反應(yīng)條件提供了理論上的指導(dǎo)。本文建立了基于格子波爾茲曼方法的陽極氣液兩相流模型,模擬仿真幾種重要的微尺度效應(yīng);而后通過利用微型甲醇燃料電池的可視化結(jié)構(gòu)來實(shí)驗(yàn)分析了在不同條件下氣泡的排除效率,進(jìn)而確定有利于氣泡排除流道的最佳尺寸和實(shí)驗(yàn)條件。
　　模擬仿真結(jié)果表明在結(jié)構(gòu)方面,流道的孔徑大小,親水

3、性以及截面形狀對氣泡的流動有很大影響;在截面形狀為正方形的情況下氣泡的排除效率最高。而且壁面的接觸角度不是越小越好。其次,進(jìn)出口效應(yīng)表明了進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)盡量地減少銳角的出現(xiàn)就能使氣泡順暢排除。在反應(yīng)條件方面,利用可視化實(shí)驗(yàn)研究了甲醇水溶液的流速以及甲醇濃度都對氣泡的有效排除有很大影響。流速對氣泡的生成大小基本沒有影響但是對于氣泡的排出效率流速是越大越好。在一定流速下,甲醇濃度越大,氣泡在流道停留時(shí)間越短?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)研究了氣體在流道內(nèi)停留時(shí)