换热器结构对氢燃料电池冷起动性能影响的仿真分析

刘洋洋; 崔万鑫; 鲍尊俊; 张黍涵; 孔祥安; 吕承举; 陈忠言; 李新海

doi:10.19471/j.cnki.1673-6397.2025.05.007

内燃机与动力装置 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (05) : 46 -54+67. DOI: 10.19471/j.cnki.1673-6397.2025.05.007

换热器结构对氢燃料电池冷起动性能影响的仿真分析

刘洋洋, 崔万鑫, 鲍尊俊, 张黍涵, 孔祥安, 吕承举, 陈忠言, 李新海

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摘要

为解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)在超低温环境下起动困难的问题，提出解决氢燃料电池冷起动困难问题的方案，通过氢燃烧器产生高温燃气，经换热器加热冷却液，由冷却液小循环提高电堆温度，以缩短冷起动时间，提高燃料电池冷起动性能。采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法，基于AVL＿FIRE软件建立管壳式换热器三维仿真模型，对换热器换热性能进行数值分析与迭代优化;针对初始模型换热效率低、冷却液温度分布不均等问题，提出缩短换热器进出口长度并调整铜管分布、增设挡板改变气流路径、增大流体进口管径、减小换热器长度削除尾部低效换热区域等4种优化方案。仿真结果显示:第4种优化方案使冷却液出口温度较进口温度提高36 K，满足冷起动系统对冷却液温升的要求，为最佳选择方案。