质子交换膜燃料电池新型冷却流道设计及性能研究

摘要

冷却流道设计对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)的热管理性能有重大影响。本研究针对传统平行流道散热性能低等问题，提出了3种新型流道以提高PEMFC的热管理性能。结果表明，新型流道在冷却效率、温度均匀性方面均优于平行流道。其中，新型流道C性能最优，在0.2 m/s的冷却液流速下，其最大表面温度较平行流道降低3.22 K,温差减少4.09 K,体现出在较小压降增幅下实现高效散热的优势。此外，本研究还进一步探究了热通量、冷却液流速对热管理性能的影响。研究发现：高热通量会加剧温度分布不均，凸显了高热负荷下优化热分布均匀性的重要性；而提高流速虽能显著增强冷却效果，但会导致压降急剧上升。因此，实际应用中需在冷却效率与能耗之间寻求平衡。本研究所提出的新型流道设计能够有效提升PEMFC的热管理性能，为推动高功率密度PEMFC的工程化应用提供了理论依据和技术支撑。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 冷却流道 / 热管理 / 数值模拟 / 温度均匀性