雾化器结构对超声雾化供给DMFC的性能影响研究

吴超群，叶 智，周 奇，黄文健，曹诗宇

(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070)

直接甲醇燃料电池(DMFC)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种，它具有理论能量密度高、运行温度低、燃料来源广的特点，引起了学者们的广泛关注[1]，但其应用和推广还受到诸如甲醇渗透、阳极CO2气塞等问题的限制[2]。

针对液态供给DMFC 中存在的气液二相流现象，目前国内外学者采用的研究手段主要有两种：可视化研究和数学模型研究[3]。文献[4]采用可视化的研究方法分析了不同参数下流场内CO2气泡的行为，结果表明流场中CO2气泡的数量随电流密度的升高而增加；文献[5]采用欧拉-欧拉模型对流道内的气液二相流动进行了数值模拟，详细研究了电流密度、甲醇浓度和温度对流道和扩散层中气液二相流动的影响。文献[6]通过建立DMFC 的二维两相模型研究了甲醇溶液的流速对电池内部传质效率和电池性能的影响，指出在较高的电流密度时扩散层中的气相饱和度高达0.85，阻碍了燃料向催化层传递，降低电池性能。文献[7]采用多流体法建立了蒸汽供给DMFC 的二维两相非等温模型，仿真结果表明采用蒸汽供给时CO2通过出口排出的同时会产生甲醇蒸汽损失，使得甲醇蒸汽沿MEA 膜厚度方向分布不均匀。

课题组前期研究提出使用超声雾化的方式来供给甲醇燃料，并已通过实验证实该方法在缓解甲醇渗透方面的有效性[8]。超声雾化供给过程中，电池的阳极与雾化腔直接连接，其内部的二相流现象更为复杂。……