氢燃料电池特斯拉阀型极板流动分析及性能研究

解雅雯; 吕承举; 刘洋洋; 王一鸣; 陈忠言; 李新海

doi:10.19471/j.cnki.1673-6397.2026.01.004

内燃机与动力装置 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (01) : 27 -37. DOI: 10.19471/j.cnki.1673-6397.2026.01.004

氢燃料电池特斯拉阀型极板流动分析及性能研究

解雅雯, 吕承举, 刘洋洋, 王一鸣, 陈忠言, 李新海

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摘要

为了改善质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）双极板流场的压力与温度分布，提高PEMFC的功率密度，设计基于特斯拉阀的双极板结构，基于AVL FIRE^TM M构建三维多物理场耦合模型，采用控制变量法，对比特斯拉阀夹角、单元间距、流道间距等影响流道结构的关键几何参数对流道压降、温差、最高温度的影响。结果表明：较小的流道间距（6.0～7.0 mm）有利于强化流道脊下传质；较短的单元间距（1.0 mm）能够引入高频流动扰动；适中的特斯拉阀夹角（125°～130°）可在可控压降范围内形成增强传质的涡旋结构。三者协同构建出高效自扰动流场，优先保障反应物供应，强化局域传热传质，提高PEMFC的功率密度与运行稳定性。