【摘 要】
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气体扩散层是质子交换膜燃料电池中非常重要的组成部分,作为反应气与生成水的重要流通通道,其内部结构相关性质对流体流动研究非常重要,已成为众多研究者研究的热点。本文利用随机结构重建方法和XCT断层扫描重建方法,获得气体扩散层结构的数学模型,并研究了其空隙率、空隙分布、几何迂曲度、水力学迂曲度等孔隙性质。采用格子Boltzmann方法研究了其内部气体和液体的流动状态,并与孔隙性质相关联。研究结果表明,空
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气体扩散层是质子交换膜燃料电池中非常重要的组成部分,作为反应气与生成水的重要流通通道,其内部结构相关性质对流体流动研究非常重要,已成为众多研究者研究的热点。本文利用随机结构重建方法和XCT断层扫描重建方法,获得气体扩散层结构的数学模型,并研究了其空隙率、空隙分布、几何迂曲度、水力学迂曲度等孔隙性质。采用格子Boltzmann方法研究了其内部气体和液体的流动状态,并与孔隙性质相关联。研究结果表明,空隙越大的结构,气体流速越大;此外,纤维方向越趋向于平行于纸面,对气体流动的阻碍越大,流速越小。大孔径位置并不一定是气流速更大的位置,也要考虑空隙周围的其它空隙的分布情况。疏水的大孔径,且各向异性更小（纤维水平于纸面选择性更小的结构）的位置更容易形成液体流动通道,大孔径最有利于疏导水,疏水性边界是为了减少由大孔径向小孔径位置的液体渗透,从而使小孔径具有封闭液态水的作用,各向异性参数越小,空隙的水平选择越小,液态水的流动无需再横截面上流动,而更倾向于穿透气体扩散层。
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