Numerical study on heat transfer characteristics and performance evaluation of PEMFC based on multiphase electrochemical model coupled with cooling channel

冷却液 努塞尔数 质子交换膜燃料电池 传热 热力学 材料科学 水冷 核工程 机械 化学 工程类 物理 雷诺数 生物化学 湍流
作者
Ben Chen,Qihao Deng,Guanghua Yang,Yu Zhou,Wenshang Chen,Yonghua Cai,Zhengkai Tu
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:285: 128933-128933 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.energy.2023.128933
摘要

In this study, a three-dimensional multi-phase proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) electrochemical model coupled with a cooling channel (CC) was developed, to comprehensively analyze the heat transfer characteristics. The membrane temperature, index of uniform temperature (IUT), net power, and the Nusselt number were applied to evaluate the heat transfer performance. The results indicate that a smaller IUT value achieves better PEMFC performance at close temperatures, and the best performance is achieved with a coolant inlet temperature of 343.15 K. Although increasing the coolant flow velocity improves the cooling effect, thereby enhancing PEMFC performance. However, it inevitably leads to an increase in parasitic power, resulting in a decrease in the output power of the PEMFC system. Moreover, with the coolant temperature difference less than 6K, PEMFC shows better performance when the coolant flow direction is the same as O2. On the contrary, with the coolant temperature difference greater than 6K, the coolant flow direction should be the same as H2 to ensure good performance. In addition, with the temperature difference between the coolant inlet and outlet of 10K, 6K, and 3K, respectively, the surface Nusselt number of wavy CC is 5.46%, 8.92%, and 18.71% higher than the straight CC, respectively.
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