碱水制氢试验平台搭建及电解槽流场分布数值模拟

摘要

碱水制氢电解槽是制氢平台的核心部件，其性能影响着制氢平台的产氢纯度和效率。目前，人们对碱水制氢电解槽的研究多聚焦于镶嵌球凸和球凹的流道内部流场分布，电解槽多采用单入口设计，缺乏从入口数量维度对流道内部流场分布规律的分析。为此，搭建了产氢量为10 Nm³/h的碱性电解水制氢试验平台，考察了系统压力和工作温度对制氢电解槽性能的影响，结果表明：当系统压力增大时，电解电流和氢中氧含量均增大；当工作温度升高时，电解电流增大，氢中氧含量降低。根据试验平台的设计参数构建了极板单入口流道模型，同时设计了双入口和三入口的电解槽极板流道，采用计算流体力学（CFD）分析了流道内部的流场分布特性，结果显示：单入口和双入口流道的涡旋分布广，形成低速尾迹区，速度梯度大，流场不均匀；三入口流道的涡旋面积小，流场梯度低，分布较均匀；入口数量及结构显著影响电解液的湍动能，单入口流道易形成高湍流区，双入口和三入口流道通过分流弱化峰值，使湍动能分布更均匀，同时双入口的对称结构可提升湍动能分布的规则性。

关键词

制氢试验平台 / 碱水电解槽 / 入口流道 / 流场分布