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第1章 绪论1

1.1 燃料电池技术概述1

1.2 质子交换膜燃料电池结构和基本原理2

1.2.1 质子交换膜燃料电池结构与基本反应2

1.2.2 热力学基础与电池开路电压3

1.2.3 电化学基础与电池反应速度5

1.2.4 各种过电位及其影响因素8

1.3 质子交换膜燃料电池研究现状14

1.3.1 质子交换膜燃料电池的应用情况14

1.3.2 质子交换膜燃料电池相关问题研究进展16

1.4 质子交换膜燃料电池数值仿真研究现状23

1.4.1 分布参数模型研究现状24

1.4.2 集总参数模型研究现状27

1.5 本书工作的意义和内容27

第2章 质子交换膜燃料电池分布参数模型29

2.1 分布参数数学模型29

2.1.1 守恒方程29

2.1.2 重要参数的数值特征34

2.1.3 数值计算方法36

2.2 间断系数处理38

2.2.1 问题由来38

2.2.2 Kirchhoff变换44

2.2.3 Fluent及其UDF48

2.2.4 数值仿真分析50

2.3 数值仿真验证与分析54

2.3.1 数学模型介绍54

2.3.2 仿真结果的数值误差估计判据58

2.3.3 数值仿真验证59

2.3.4 数值仿真分析61

2.4 本章小结64

第3章 质子交换膜燃料电池协同仿真与电压“undershoot”现象研究65

3.1 引言65

3.2 协同仿真平台的建立66

3.2.1 模型简化与假设68

3.2.2 氢气供应系统模型68

3.2.3 空压机模型69

3.2.4 增湿器模型69

3.2.5 质子交换膜燃料电池堆模型70

3.3 电压“undershoot”现象试验研究72

3.3.1 试验系统及装置73

3.3.2 试验目的及步骤74

3.4 数值仿真验证与分析78

3.4.1 数值仿真验证80

3.4.2 重要物理量动态特性分析81

3.5 本章小结86

第4章 质子交换膜燃料电池堆内电压非一致性研究88

4.1 引言88

4.2 数学模型91

4.2.1 模型假设和仿真区域91

4.2.2 守恒方程和边界条件91

4.2.3 数值计算方法94

4.3 数值结果分析95

4.3.1 温度对堆内单池电压分布的影响95

4.3.2 热操作环境对堆内单池电压分布的影响104

4.3.3 不同导热材料对堆内单池电压分布的影响108

4.3.4 接触电阻增大对堆内单池电压分布的影响113

4.4 本章小结113

第5章 质子交换膜燃料电池阳极“purge”现象研究115

5.1 引言115

5.2 质子交换膜燃料电池阳极purge的试验研究117

5.3 质子交换膜燃料电池阳极purge的模型研究123

5.3.1 数学模型124

5.3.2 数值仿真与讨论132

5.4 本章小结142

第6章 结论与展望143

6.1 结论143

6.2 创新点146

6.3 展望146

附录A148

附录B150

参考文献153

后记167