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質子交換膜燃料電池基礎與性能計算 版權信息
- ISBN：9787111732532
- 條形碼：9787111732532 ; 978-7-111-73253-2
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
質子交換膜燃料電池基礎與性能計算 本書特色
1.本書從什么是燃料電池講起，介紹了相關的發展歷史、基本原理和燃料電池分類；之后沿著燃料電池基礎化學和熱力學、電化學、效率、組件材料、運行條件的思路，從數值的角度詳細介紹了如何運用公式描述燃料電池的催化反應、熱力學過程、運行性能等一系列過程，由此引入運用這些方程如何操作和仿真計算質子交換膜燃料電池的性能，包括數值建模、流場設計、性能優化等；*后總結歸納了質子交換膜燃料電池在汽車、固定電源、便攜式電源、軍事等領域的應用和技術現狀，并指明了各個領域需要解決的問題。本書對PEM燃料電池基礎知識和性能計算方法做了系統性的介紹，部分內容用圖表或方程式進行說明，簡潔明了，通俗易懂。
2. 本書的作者擁有完整的質子交換膜燃料電池技術研發經驗，具備超10年的流動動力學知識使用經驗和電池電化學相關的研究歷史，曾經參與過質子交換膜燃料電池相關的國家標準的制定，有能力支撐本書的研究工作，可以為研究成果的水平與質量提供保證。
3.本書適于從事PEM燃料電池研究與工程開發的科技工作者閱讀，也可作為高年級本科生、研究生的教學參考書。
質子交換膜燃料電池基礎與性能計算 內容簡介
質子交換膜（proton exchange membrane, PEM）燃料電池是一種將氫能直接轉換為電能的電化學發電裝置，其內部存在多相多組分耦合的電化學反應、流動和傳熱等過程。通過數值方法探究其內部復雜的電化學和傳熱傳質過程，是一種比實驗途徑更高效、更快捷、成本更低的流體動力學方法，可以指導提升電池的性能、耐久性和壽命。本書簡述了燃料電池的原理、分類和特點，基礎化學和熱力學，電化學，關鍵材料的物理特性參數，電池的運行條件和數值計算方法，基于OpenFOAM平臺燃料電池數值模型的結構、操作使用和驗證，以及電池組裝條件下的組裝力、內阻、物質傳輸和性能計算。全書的重點是PEM燃料電池的基礎原理和性能計算方法。*后從燃料電池技術特點的角度，分析了燃料電池在汽車動力、各式電源、船用動力、航空航天等領域的應用和技術現狀，并且指明了各個領域需要解決的問題。本書適于從事PEM燃料電池研究和應用的科技工作者閱讀，也可供高等院校相關專業師生參考。
質子交換膜燃料電池基礎與性能計算 目錄
前?言
第 1 章 燃料電池概述1
1.1 什么是燃料電池？1
1.2 發展歷史3
1.3 組成和原理5
1.4 分類和特點7
1.5 燃料電池系統9
第 2 章 燃料電池基礎化學和熱力學13
2.1 基本反應13
2.2 反應熱13
2.3 氫氣的高低熱值14
2.4 理論電功15
2.5 理論電壓16
2.6 溫度的影響17
2.7 理論效率19
2.8 卡諾效率神話21
2.9 壓力的影響22
2.10?總結24
第 3 章 燃料電池電化學26
3.1 電極動力學26
3.1.1 反應速率26
3.1.2 反應常數和傳遞系數27
3.1.3 電流電壓關系：Butler-Volmer方程28
3.1.4 交換電流密度30
3.2 電壓損失30
3.2.1 活化極化31
3.2.2 內電流和交叉損耗33
3.2.3 歐姆（電阻）極化35
3.2.4 濃差極化36
3.3 電池電壓：極化曲線38
3.4 電池內部的電位分布40
3.5 極化曲線參數的靈敏度41
3.5.1 傳遞系數/塔費爾斜率的影響42
3.5.2 交換電流密度的影響43
3.5.3 氫交叉和內部電流損失的影響44
3.5.4 內阻的影響45
3.5.5 極限電流密度的影響45
3.5.6 工作壓力的影響46
3.5.7 空氣與氧氣的影響47
3.5.8 工作溫度的影響47
3.6 燃料電池效率48
3.7 燃料電池極化曲線的含義和應用50
3.7.1 極化曲線產生的其他曲線50
3.7.2 極化曲線的線性近似52
3.7.3 應用極化曲線確定燃料電池尺寸53
第4章 燃料電池材料物性數學描述57
4.1 電池內過程描述57
4.2 膜58
4.2.1 吸水量60
4.2.2 物理性質61
4.2.3 質子電導率62
4.2.4 水傳輸63
4.2.5 氣體滲透66
4.2.6 高溫膜69
4.3 電極69
4.4 氣體擴散層73
4.4.1 處理和涂層74
4.4.2 孔隙率75
4.4.3 電導率76
4.4.4 可壓縮性76
4.4.5 滲透性77
4.5 雙極板77
4.5.1 材料78
4.5.2 特性79
第5章 燃料電池運行條件83
5.1 工作壓力83
5.2 工作溫度85
5.3 反應物流速87
5.4 反應物濕度91
5.5 質量平衡93
5.5.1 入口流量93
5.5.2 出口流量95
5.6 能量平衡97
第6章 PEM燃料電池性能計算方法99
6.1 模型假設100
6.2 控制方程100
6.2.1 質量守恒100
6.2.2 動量守恒101
6.2.3 組分守恒102
6.2.4 能量守恒104
6.2.5 電荷守恒104
6.2.6 電化學反應105
6.3 幾何建模107
6.4 邊界條件和參數設置112
6.5 模型驗證113
6.6 操作使用115
6.7 求解器結構118
6.7.1 網格、物性和場118
6.7.2 流體物質和關聯的場119
6.7.3 化學反應119
6.7.4 全場ID120
6.7.5 面到面插值120
6.7.6 氣體擴散模型120
6.7.7 程序迭代循環120
第7章 PEM燃料電池組裝力計算122
7.1 氣體擴散層變形122
7.1.1 機械模型123
7.1.2 孔隙率、電導率和傳熱系數125
7.2 傳質阻力129
7.3 組裝力對電池性能的影響131
第8章 PEM燃料電池內阻計算134
8.1 內阻組成134
8.2 膜電阻135
8.3 雙極板與氣體擴散層的接觸電阻135
8.3.1 接觸電阻數值模型136
8.3.2 預測接觸電阻137
8.4 體電阻138
8.4.1 電荷傳輸驅動力138
8.4.2 體電阻數值模型140
8.4.3 電荷傳導142
8.5 其他接觸電阻144
8.6 內阻對電池性能的影響145
第9章 燃料電池應用147
9.1 汽車動力148
9.1.1 乘用車148
9.1.2 公共汽車151
9.1.3 多功能車151
9.1.4 應用現狀152
9.2 固定電源154
9.2.1 固定式燃料電池系統分類154
9.2.2 系統配置156
9.2.3 應用現狀156
9.3 備用電源158
9.4 小型便攜式電源159
9.5 船用動力161
9.5.1 船舶161
9.5.2 潛艇163
9.6 航空航天165
9.6.1 航空165
9.6.2 航天166
附?錄 主要符號170
參考文獻 176
第 1 章 燃料電池概述1
1.1 什么是燃料電池？1
1.2 發展歷史3
1.3 組成和原理5
1.4 分類和特點7
1.5 燃料電池系統9
第 2 章 燃料電池基礎化學和熱力學13
2.1 基本反應13
2.2 反應熱13
2.3 氫氣的高低熱值14
2.4 理論電功15
2.5 理論電壓16
2.6 溫度的影響17
2.7 理論效率19
2.8 卡諾效率神話21
2.9 壓力的影響22
2.10?總結24
第 3 章 燃料電池電化學26
3.1 電極動力學26
3.1.1 反應速率26
3.1.2 反應常數和傳遞系數27
3.1.3 電流電壓關系：Butler-Volmer方程28
3.1.4 交換電流密度30
3.2 電壓損失30
3.2.1 活化極化31
3.2.2 內電流和交叉損耗33
3.2.3 歐姆（電阻）極化35
3.2.4 濃差極化36
3.3 電池電壓：極化曲線38
3.4 電池內部的電位分布40
3.5 極化曲線參數的靈敏度41
3.5.1 傳遞系數/塔費爾斜率的影響42
3.5.2 交換電流密度的影響43
3.5.3 氫交叉和內部電流損失的影響44
3.5.4 內阻的影響45
3.5.5 極限電流密度的影響45
3.5.6 工作壓力的影響46
3.5.7 空氣與氧氣的影響47
3.5.8 工作溫度的影響47
3.6 燃料電池效率48
3.7 燃料電池極化曲線的含義和應用50
3.7.1 極化曲線產生的其他曲線50
3.7.2 極化曲線的線性近似52
3.7.3 應用極化曲線確定燃料電池尺寸53
第4章 燃料電池材料物性數學描述57
4.1 電池內過程描述57
4.2 膜58
4.2.1 吸水量60
4.2.2 物理性質61
4.2.3 質子電導率62
4.2.4 水傳輸63
4.2.5 氣體滲透66
4.2.6 高溫膜69
4.3 電極69
4.4 氣體擴散層73
4.4.1 處理和涂層74
4.4.2 孔隙率75
4.4.3 電導率76
4.4.4 可壓縮性76
4.4.5 滲透性77
4.5 雙極板77
4.5.1 材料78
4.5.2 特性79
第5章 燃料電池運行條件83
5.1 工作壓力83
5.2 工作溫度85
5.3 反應物流速87
5.4 反應物濕度91
5.5 質量平衡93
5.5.1 入口流量93
5.5.2 出口流量95
5.6 能量平衡97
第6章 PEM燃料電池性能計算方法99
6.1 模型假設100
6.2 控制方程100
6.2.1 質量守恒100
6.2.2 動量守恒101
6.2.3 組分守恒102
6.2.4 能量守恒104
6.2.5 電荷守恒104
6.2.6 電化學反應105
6.3 幾何建模107
6.4 邊界條件和參數設置112
6.5 模型驗證113
6.6 操作使用115
6.7 求解器結構118
6.7.1 網格、物性和場118
6.7.2 流體物質和關聯的場119
6.7.3 化學反應119
6.7.4 全場ID120
6.7.5 面到面插值120
6.7.6 氣體擴散模型120
6.7.7 程序迭代循環120
第7章 PEM燃料電池組裝力計算122
7.1 氣體擴散層變形122
7.1.1 機械模型123
7.1.2 孔隙率、電導率和傳熱系數125
7.2 傳質阻力129
7.3 組裝力對電池性能的影響131
第8章 PEM燃料電池內阻計算134
8.1 內阻組成134
8.2 膜電阻135
8.3 雙極板與氣體擴散層的接觸電阻135
8.3.1 接觸電阻數值模型136
8.3.2 預測接觸電阻137
8.4 體電阻138
8.4.1 電荷傳輸驅動力138
8.4.2 體電阻數值模型140
8.4.3 電荷傳導142
8.5 其他接觸電阻144
8.6 內阻對電池性能的影響145
第9章 燃料電池應用147
9.1 汽車動力148
9.1.1 乘用車148
9.1.2 公共汽車151
9.1.3 多功能車151
9.1.4 應用現狀152
9.2 固定電源154
9.2.1 固定式燃料電池系統分類154
9.2.2 系統配置156
9.2.3 應用現狀156
9.3 備用電源158
9.4 小型便攜式電源159
9.5 船用動力161
9.5.1 船舶161
9.5.2 潛艇163
9.6 航空航天165
9.6.1 航空165
9.6.2 航天166
附?錄 主要符號170
參考文獻 176
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