碱性固体聚合物水电解槽流道模拟与优化设计-工程热物理专业论文

摘 要水电解制氢是一种清洁的、比较简单的制取高纯度氢气的方法，也是目前最为 广泛使用的将可再生资源转换为氢的方法之一。碱性固体聚合物水电解(Alkaline Solid Polymer Electro

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 最 水电解制氢是一种清洁、比较简单的制取高纯度氢气的方，也是目前 法 的 为 泛用将再资转为的法碱固聚物电 广使的可生源换氢方之。性体合水 一 解 (Alkaline ，是一种新兴的水电解制氢技术，其工作原理可以看 SPESP olidolymerlectrolyteAE) 。 作质子交换膜燃料电池的逆过程该技 PE mFPEF ) (roton xchangeMebraneuel Cell, MC 术既具有固体聚合物水电解的高效性又具有碱性水电 SPESPE (olidolymerlectrolyte,) 解的廉价性。本文在和流道研究基础上，对流道进行了数值 PFSS EMCPEAPE 模拟，主要研究工作如下： 分析了通道尺寸和边界条件对传统直通道和蛇形流道内两相流传输的影响。 1) HWL 研发现，通道流取槽宽蛇流取槽 究直道槽，脊度，形道 深比 .: 81 =0:=3 HWL ，，。， 比 深槽脊宽度电解槽性能相对较好保持槽深为槽 ~ =0.81.0:=3:10.8 ，，，， 脊宽 度比为 随通道数的减少进水速度的增大氢气质量流量的增大流道 1 3: 大，大 逐渐增；流道内流速主要取决于进水速进水速度越，流速越大， 度 的压差 流分 差；分 体均匀性越由于氢气量相对进水量很，整个流道的温度场布较均 少 配 ，边 匀大，小 各条件对其影响不；流道压差随壁温的增先增大后减，沿流动 大 界 ，道 向， 方通两相流温度由接近进水温度逐渐变化到接近壁壁温与进水温度 温 内 大度 相差越温 场越不稳定； 。， 考察了通道截面形状对直通道内两相流传输的影响研究发现当通道尺寸 2) 弧计 大， 及边界条件相同，长圆形截面面积较，流体流速较且其底部的圆设 时小 减 ，，， 小了底面的粘性阻力利于引流又不至于引起通道阻塞进而提高了电解槽性能； 。， 研究了直通道内流道壁面亲疏水性对气泡和气膜传输的影响研究表明憎 3) 水性扩散层表面和非亲水非憎水性通道壁面更有利于引流和传质。 了道寸、道型状和 本文通过数值模拟分析流结构尺、边界条件流类、截面形 亲 ，， 水性对 电解槽性能的影响开展了 流道结构的优化设计对 流 SP SP S AEAEAPE 道设计制造具有一定的指导意义。 关键词：碱性固体聚合物水电解；两相流；数值模拟 SP (AE) -I -