基于代理模型的三维梯形流道质子交换膜燃料电池结构优化设计

摘要：

为了优化梯形直流道质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的性能,以梯形流道的上/下底宽为设计变量,建立一个三维,多相的梯形直流道PEMFC模型.以矩形直流道质子交换膜燃料电池为基础模型,用于对比分析.以净输出功率为目标函数,应用克里金(Kriging)代理模型完整预测分析域和形成响应面,发现用Kriging代理模型构建的响应面函数精度较高.最后,通过遗传算法得到一个宽矮型的最优梯形流道结构.研究显示梯形流道下底宽对净输出功率的影响较大,增加流道的下底宽度可以促进氧气向下扩散,从而提高电流密度.当电压为0.5V时,和基础模型相比,最优模型的净输出功率提升20.90％.研究还发现在阴极侧,流道下方氧气的摩尔浓度比脊下方的浓度高,沿着反应物的流动方向氧气摩尔浓度逐渐下降.沿着反应物流动方向和垂直方向,最优模型的氧气浓度梯度低于基础模型,最优模型的氧气分布更加均匀.在阴极扩散层及催化层内,最优模型的氧气平均摩尔浓度高于基础模型.

关键词：质子交换膜燃料电池、数值模拟、优化设计、克里金代理模型、遗传算法

所属期刊栏目：42

分类号：TM61(发电、发电厂)

资助基金：国家自然科学基金;山东省自然科学基金

在线出版日期：2022-04-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：2238-2247,中插17