车用大尺寸PEM燃料电池流场结构多目标优化设计

摘要

针对大尺寸平行流场(SPFF)工质分布不均和排水效率低的问题，开发了基于曲折平行流场(WPFF)的多目标优化设计方法：通过构建二维半电池代理模型简化三维多相数值模型，结合鲸鱼优化算法(WOA)平衡电压输出与流场压降。研究表明：优化后的WPFF(WPFFO)结构在催化剂用量减少7.4%的条件下，0.4 V工况下电流密度提升1.6%,净功率密度显著增加，流道内氧气分布均匀性提高，液态水积聚现象得到有效抑制。三维多物理场验证结果表明，该设计通过增强湍流效应和垂直传质效率改善了浓差极化和水管理能力，可使PEMFC更加高效、稳定地运行。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 代理模型 / 多目标优化 / 鲸鱼算法 / 水管理