CFD and Flow Network Analysis of Manifolding in a PEMFC
Notice bibliographique
Résumé
Near-uniform flow distribution in a fuel cell stack is essential to stack performance and overall system efficiency. The gradients induced by the non-uniformity of the flow within each of the unit cells also have a significant impact on stack durability. In typical configurations, the oxidant and fuel are fed into a stack through manifolds and then enter each unit cell through secondary inlet port. After flowing through the unit cells, the spent gases as well as possible liquid water then enter the outlet header to leave the stack. The objective of this paper is to develop a practical model to predict cell-to-cell flow distribution in a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack. The flow distribution is first simulated using a computational fluid dynamics (CFD) tool, CFD-ACE+, in a 3D computational domain for single-phase gas flows. The simulations use a domain encompassing the flow from the inlet header through an array of unit cells to the outlet header. The CFD simulations show that in the outlet header, the flow injected from the unit cells to the header changes the flow pattern considerably, which results in a reduced cross section area for the flow in the axial direction. A circulation zone is seen near the low velocity end of the header, which may potentially become a region where liquid water accumulates. Increasing static pressure along the flow direction is observed in the inlet header. The simulated results are validated and found to be in good agreement with experimentally measured pressures in a fuel cell stack. Based on the observations in the CFD simulations, a flow network model is developed to provide quick estimates of the flow distribution as a function of stack dimensions including header and unit cell geometry. In essence, the flow network model solves for the pressure at each junction of the unit cell and the header. Three fitting parameters are introduced to account for effects of surface roughness of the headers, reduced effective header area in the outlet header, and pressure drop in the unit cell. The flow network model is shown to capture the characteristics of pressure variation and flow distribution obtained in the CFD simulations. The flow network model can effectively match experimental data and be used as a fast tool for initial design of a PEMFC stack.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».