--PAGE7-質(zhì)子交換膜燃料電池的數(shù)學(xué)模型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22613質(zhì)子交換膜燃料電池的數(shù)學(xué)模型分析案例 1202661.1陰極流道模型、陽(yáng)極流道模型 2259691.2電池體模型 3110021.3電化學(xué)模型 459441.4空壓機(jī)模型 4燃料電池堆棧涉及到流體，結(jié)構(gòu)，電化學(xué)的互相耦合，因此模型復(fù)雜，燃料進(jìn)氣溫度和電池工作溫度要納入模型的考慮范圍，模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征要表達(dá)出來(lái)。本章構(gòu)建的電池堆棧的質(zhì)量和能量守恒控制方程是根據(jù)已經(jīng)得出的控制體法而進(jìn)一步加工的，如圖3-1，這是一個(gè)有著平直流道的燃料電池，有幾個(gè)子模型，即陰極流道，陽(yáng)極流道，一個(gè)電化學(xué)子模型和電池主體的三個(gè)控制體。圖3-1是燃料電池的示意圖，反應(yīng)釋放出熱能和電能。對(duì)控制體的連續(xù)性方程有: (3-1)對(duì)控制體的能量方程有: (3-2)即垂直于控制面向外單位矢量，即控制體內(nèi)的材料密度，即流體速度矢量，即熱值焓，即單位內(nèi)能，是外部環(huán)境與控制體的交換熱量，是對(duì)控制體做的功。圖3-1燃料電池的示意圖1.1陰極流道模型、陽(yáng)極流道模型對(duì)于陽(yáng)極流道可表示為: (3-3) (3-4)本模型把控制面入口與出口(上式右邊前兩項(xiàng))簡(jiǎn)化為宏觀噴嘴流速方程，不考慮微觀瞬時(shí)的動(dòng)量方程，即： (3-5)其中即壓差，即質(zhì)量流量系數(shù)。 (3-6)即負(fù)載電流，即電堆電池單體數(shù)，即法拉第常數(shù)，即氣體組分摩爾質(zhì)量，即摩爾氣體轉(zhuǎn)移電子數(shù)。牛頓冷卻定律: (3-7)即為對(duì)流換熱系數(shù),即為換熱面積,即為電池體與流道及外界環(huán)境的溫差。陽(yáng)極流道的氫氣變化率: (3-8)通過(guò)陽(yáng)極流道控制面的氫氣流量有: (3-9)即為陽(yáng)極流道氣體進(jìn)口質(zhì)量流量系數(shù)，即為陽(yáng)極流道氣體出口質(zhì)量流量系數(shù)，即氫氣源進(jìn)口壓力，即陽(yáng)極流道工作壓力，即大氣壓力。陽(yáng)極流道內(nèi)能量的變化率: (3-10)即氫氣的定容比熱，即陽(yáng)極流道內(nèi)氣體溫度。陽(yáng)極流道與電池體的對(duì)流換熱為： (3-11)即為熱對(duì)流換熱系數(shù)。由質(zhì)量守恒方程: (3-12)即為電化學(xué)反應(yīng)消耗掉的氧氣速率，即陰極流道空氣進(jìn)口的流量，即出口質(zhì)量流量。1.2電池體模型對(duì)電池體，有: (3-13)對(duì)于控制面的質(zhì)量傳輸包括通過(guò)電極的氣體擴(kuò)散和通過(guò)電化學(xué)還原反應(yīng)形成的水可有下式: (3-14) (3-15)即電池體的平均比熱容，即電池體質(zhì)量。1.3電化學(xué)模型能斯特電壓： (3-16)即能斯特電壓，即陰極氧分壓，為電堆溫度，即陽(yáng)極氫分壓，即環(huán)境溫度。活化極化電壓： (3-17)即活化極化，即交換電流密度，即電子數(shù)，即轉(zhuǎn)移系數(shù)。歐姆極化： (3-18)即歐姆極化，是接觸電阻，即電子電阻，是離子電阻。濃差極化電壓： (3-19)即濃差極化，即極限電流交換密度，是電流。輸出電壓： (3-20)即電池輸出電壓。1.4空壓機(jī)模型空壓機(jī)出口溫度: (3-21)即空壓機(jī)入口溫度，即空壓機(jī)入口壓力，即空壓機(jī)效率，即空壓機(jī)出口壓力，即絕熱指數(shù)?？諌簷C(jī)功耗： (3-22)為空壓機(jī)功