内燃机工程

作者：雷基林,李杰,刘懿,戈志晖,杞卓玲,邓晰文,王东方

单位：昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500,昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室,昆明 650500

关键词：质子交换膜燃料电池,Al2O3纳米流体,传热,功耗比,

基金：云南省省市一体化专项项目（202202AC080004）；云南省基础研究项目（202201BE070001-034）

构建了一个耦合冷却通道的三维多相非等温质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell， PEMFC）电化学模型，探讨Al2O3纳米流体对PEMFC传热及输出性能的影响。通过膜平均温度、膜平均水含量、膜均匀温度指数（index of uniform temperature， IUT）来评估传热性能，并通过净功率密度及功耗比评估在PEMFC冷却系统中使用Al2O3纳米流体的可行性。结果表明，Al2O3纳米流体表现出比乙二醇冷却液更优异的冷却性能，其在冷却液低流速范围内的冷却性能更加突出，使膜平均温度显著降低，从而提高膜平均水含量。然而，该纳米流体冷却液在提升冷却效果的同时可能会引起膜温度分布均匀性的下降。具体而言，当冷却液流速为0.1 m/s，输出电压为0.6 V时，膜平均温度由359.66 K降至353.10 K，膜平均水含量从9.91增至11.53，而IUT由1.71上升至1.96。Al2O3纳米流体能够在冷却液低流速范围内显著提高PEMFC的输出性能，使净功率密度上升约3.3%。此外，在相同冷却条件下，Al2O3纳米流体能够在改善PEMFC冷却性能的同时降低由冷却液引起的寄生功率。

来源：2025年第4期

《内燃机工程》期刊编辑部

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