采用偏心端头多几何参数耦合的商用质子交换膜燃料电池电堆阴极气体分配优化

尹仁杰; 白帆; 陶文铨

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (12) : 1 -10.

尹仁杰, 白帆, 陶文铨

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摘要

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆阴极侧反应气体分布不均匀的问题，提出了一种基于偏心端头多几何参数协同优化的气体分配均匀性提升方法以提高电堆性能。通过计算流体力学仿真构建有限数量样本集，结合本征正交分解(POD)降维技术将样本集重构为模态空间与对应坐标；采用多元多项式拟合法，精确表征模态坐标与工况参数之间的非线性映射关系，构建了基于模态空间重构的偏心端头对应阴极气体分配参数化预测模型。仿真及实验结果表明：所提预测模型精度较高(决定系数为0.911),偏心端头多个几何参数对分配特性存的影响为非线性且参数间存在显著的交互作用；预测能筛选出最优参数组合；阴极气体分配不均匀度从初始模型的7.69%经过优化后降至4.04%,降幅达47.5%,实现了在不扩大歧管截面的前提下对阴极气体分配均匀性的大幅度提升，并有望使电堆的体积功率密度有所提升。所提出的POD降维与多项式拟合方法可高效解析电堆端头多几何参数协同作用机制，能改善阴极气体分布均匀性，为PEMFC电堆端头设计提供了可靠优化策略。