车用燃料电池的工作过程建模仿真设计(含CAD图,CATIA三维图)

车用燃料电池的工作过程建模仿真设计(含CAD图,CATIA三维图)(任务书,开题报告,外文翻译,论文说明书17000字,CAD图纸8张,CATIA三维图)
摘  要
本文根据质子交换膜燃料电池的工作机理，对电池工作过程进行仿真模拟分析，建立了电池相邻流体通道单元的二维模型和电池的三维模型，根据仿真得到的数值，对电池及其系统进行设计。
论文主要研究了质子交换膜燃料电池工作过程中的气体扩散层中物质传输和反应物和水的传输，包含流道、气体扩散层 (GDL) 及多孔电极中阴阳极的质量和动量传输情况。
研究结果表明，电池工作时，阴阳极与流场板相接触的地方，存在四个拐角点，在拐角点处最大，达到10000A/m2,电池工作时平均电流密度大约5000 A/m2，并且电池温度，阴阳极气体湿度，气体压力都对电流密度有影响。
本文的特色：运用COMSOL软件，很接近地模拟了PEMFC的工作过程，对其数值模拟较为准确，并有二维和三维两个模型，仿真结果较为全面。
关键词：质子交换膜燃料电池；流体通道模型；建模仿真；电池设计
 
Abstract
Based on the working mechanism of the proton exchange membrane fuel cell, this paper simulates and analyzes the working process of the battery, establishes the two-dimensional model of the cell adjacent cell and the three-dimensional model of the cell, and performs the battery and its system according to the numerical value obtained from the simulation design.

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The dissertation mainly studies the material transport in the gas diffusion layer and the steady state transfer of reactants and water in the working process of proton exchange membrane fuel cells, including flow channels, gas diffusion layers (GDL), and anode and cathode mass and momentum transfer in porous electrodes phenomenon.
The results show that the current density at the corner of the contact surface between the electrode and the flow field plate reaches a maximum when the battery is working, the maximum current density can reach 10000A/m2, the average current density when the battery is working is about 5000 A/m2, and the battery temperature, the cathode and anode gas humidity and gas pressure have an effect on current density.
The characteristics of this article: Using COMSOL software, the working process of PEMFC is closely simulated. Its numerical simulation is more accurate. It has two models, two-dimensional and three-dimensional, and the simulation results are more comprehensive.

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Key Words：Proton exchange membrane fuel cell；Fluid channel model；Modeling and Simulation；Battery design
    
本文主要研究内容
本文首先介绍了质子交换膜燃料电池的原理，对其组成结构进行了详细的分析，接着在查阅相关文献的基础上，概述了影响燃料电池输出特性的各种因素。首先建立相邻气体流道二维模型，进行仿真分析，接着在此基础上建立了三维电池模型，通过模型反映电池中反应气体和水的传递，以及电池流道、扩散层和电极中的质量能量传递，以及电池内部的电化学电流。接着对PEMFC单电池、电池组及电池系统进行设计。
第一章简单介绍了本文的研究背景和意义，了解了燃料电池汽车和燃料电池模型的发展现状以及燃料电池的分类。
第二章对PEMFC的工作原理，结构组成进行了详细的阐述，并根据经验简单分析了影响电池性能的一些外在因素。
第三章主要是燃料电池的建模仿真，首先介绍了PEMFC的数学模型，接着建立了相邻流动通道单元二维模型，然后进一步建立了电池三维模型，分析电池工作时反应物和水的传递，以及质量动量传递现象。
第四章对PEMFC单电池、电池组、电池系统进行设计。
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目  录
第1章 绪论    1
1.1 研究背景及意义    1
1.2 国内外发展现状    1
  1.2.1燃料电池汽车    1
  1.2.2 PEMFC模型    2
1.3 燃料电池的分类    3
1.4 本文主要内容及篇章介绍    3
第2章 PEMFC系统的原理及结构    5
2.1 PEMFC单电池原理    5
2.2 PEMFC的主要元件    5
2.2.1 质子交换膜（PEM）    6
  2.2.2 膜电极组件（MEA）    7
  2.2.3 双极板与流场    7
2.3 PEMFC电池组    8
2.4 影响PEMFC性能的因素    8
  2.4.1 温度对PEMFC性能的影响    8
  2.4.2 压力对PEMFC性能的影响    9
  2.4.3 反应气体湿度对PEMFC性能的影响    9
  2.4.4 CO对PEMFC性能的影响    9
  2.4.5 电流密度对PEMFC性能的影响    9 [来源：http://Doc163.com]
第3章 PEMFC建模及仿真分析    11
3.1 PEMFC的数学模型    11
  3.1.1 模型假设    11
  3.1.2 模型假设电极的数学模型描述    11
  3.1.3 流体通道模型    11
3.2 基于COMSOL的PEMFC的二维全电池建模仿真    12
  3.2.1 物理模型的建立    12
  3.2.2 模型边界条件    14
  3.2.3 仿真结果分析    17
3.3 PEMFC三维建模仿真    21
  3.3.1 模型定义    21
  3.3.2 网格划分及边界条件    22
  3.3.3 仿真结果与讨论    23
3.4 本章小结    25
第4章 PEMFC及其系统的设计    26
4.1 单电池的设计    26
  4.1.1 材料选择    26
  4.1.2电池参数对电流密度的影响    26
  4.1.3 单电池的尺寸及模型    28 [资料来源：www.doc163.com]
4.2 电池组的设计    29
  4.2.1 电池组设计原则    28
  4.2.2 电池组的密封    29
  4.2.3 电池组的水、热管理    29
4.3 PEMFC系统设计    30
      4.3.1 氢氧供给系统    30
      4.3.2 气体加热加湿系统    31
4.3.3 水热管理系统    32
4.3.4 控制系统    33
    4.4 本章设计小结    33
第5章 总结与展望    35
5.1 总结    35
5.2 展望    35
参考文献    36
附录    38
致谢    39
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