燃料电池电堆进出气总管优化设计开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

燃料电池作为一种高效、清洁的新型能源转换装置，具有能量转换效率高、无污染物排放等优点，在电动汽车、固定式发电等领域展现出巨大的应用潜力。

燃料电池电堆作为燃料电池系统的核心部件，其性能直接影响着整个系统的输出功率、效率和寿命。

燃料电池电堆的进出气总管作为电堆的重要组成部分，其设计优劣直接关系到电堆内部气体分配的均匀性、压力损失以及温度场的分布，进而影响电堆的输出性能、稳定性和寿命。

2. 本选题国内外研究状况综述

燃料电池电堆进出气总管的设计优化是一个涉及流体力学、传热学、电化学等多学科交叉的研究领域，近年来受到了国内外学者越来越多的关注。

1. 国内研究现状

国内学者在燃料电池电堆进出气总管设计方面取得了一定的研究成果，主要集中在以下几个方面：
数值模拟研究：利用计算流体力学（cfd）软件对不同结构的进出气总管进行数值模拟，分析其流场、温度场和压力场分布规律，为优化设计提供理论依据。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将针对燃料电池电堆进出气总管的关键问题，采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，开展以下几方面的研究：
1.燃料电池电堆进出气总管流动与传热机理研究:分析燃料电池电堆进出气总管内部的流动与传热特性，建立相应的数学模型，为优化设计提供理论依据。

2.燃料电池电堆进出气总管结构优化设计:采用数值模拟方法，对不同结构的进出气总管进行模拟分析，比较其流场均匀性、压力损失和温度场分布，确定最佳的结构参数。

3.燃料电池电堆进出气总管材料选型:研究不同材料对进出气总管性能的影响，选择合适的材料以满足电堆工作环境的要求。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.理论分析阶段:查阅国内外相关文献，了解燃料电池电堆进出气总管的研究现状、设计难点以及最新的研究成果。

分析燃料电池电堆进出气总管内部的流动与传热机理，建立描述气体流动、传热和物质传递过程的数学模型，并确定关键设计参数。

2.数值模拟阶段:选择合适的计算流体力学（cfd）软件，根据理论模型建立进出气总管的三维几何模型。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.基于多物理场耦合的燃料电池电堆进出气总管优化设计:将电化学反应、流动传热和物质传递等多物理场耦合，建立更精确的数学模型，为进出气总管优化设计提供更可靠的理论依据。

2.开发基于机器学习的进出气总管优化设计方法:利用机器学习算法，结合数值模拟或实验数据，建立进出气总管性能预测模型，并通过算法优化设计参数，提高设计效率。

3.研究新型材料和先进制造技术在进出气总管中的应用:探索3d打印、激光切割等先进制造技术在进出气总管制造中的应用，以提高其设计自由度和制造精度，并研究新型材料对进出气总管性能的影响，以提高其耐腐蚀性、导热性和机械强度。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 冯冲,张存满,杨世春,等.车用燃料电池电堆流场结构优化设计研究进展[j].内燃机工程,2021,42(01):1-11.

2. 秦超,张新,马天宝,等.燃料电池阴极进气非均匀性对电堆性能影响的实验研究[j].电源技术,2022,46(02):290-294 300.

3. 邓宇君,易筱筠,潘牧.燃料电池电堆流场设计及仿真研究现状[j].机械设计与制造,2020(08):271-275.