作品包括：

Word设计说明书1份，约28000字

任务书一份

开题报告一份

外文翻译一份

CAD版本图纸，共3张

Catia三维图一套

摘要

研究目标及主要工作

在进行现代燃料电池汽车研究与开发的过程中，燃料电池的热管理问题是要面临的主要难点之一。就质子交换膜燃料电池而言，其工作时中产生的能量将近一半以热量的形式排放到环境当中，产生的废热较多。同时，为保证质子交换膜燃料电池正常的性能，需要较低的工作环境温度，这使得它的散热温差变得较小，最终导致它的热负荷非常大。为实现燃料电池的合理散热，维持电池最佳工作温度范围，保证其在各种工况下都能够安全运行，同时尽量保证电池内部温度分布的均匀性，必须为燃料电池设计合理高效的散热系统。本文紧密围绕燃料电池热管理这一课题，主要进行以下工作：

（1）分析系统温度对燃料电池工作反应过程中某些重要参数的影响，强调温度管理的重要性。

（2）针对本文所研究的某30kW质子交换膜燃料电池发动机，根据散热系统匹配设计的原则，对散热器、散热风扇、水泵进行选型，确定车用燃料电池发动机散热系统方案。

（3）利用一维热管理仿真软件 GT-COOL搭建燃料电池发动机散热系统参数化模型，对散热系统的热平衡状态进行数值模拟。主要得到散热系统的温度分布、换热量变化、管道压力情况。

（4）利用所建散热系统一维仿真模型，在额定工况下，保证其他参数设置均不变，分别改变环境温度、水泵流量以及冷却空气流量，研究其对于散热系统性能的影响。

（5）应用STAR-CCM+软件对散热器模块进行三维仿真，分析散热器在系统中的散热效果。

目录

第1章 绪论    1

1.1 研究背景及意义    1

1.2 国内外研究现状    2

1.3 研究目标及主要工作    4

第2章 燃料电池散热系统概述    5

2.1 燃料电池的分类    5

2.2 质子交换膜燃料电池的结构和工作原理    5

2.3 工作温度对质子交换膜燃料电池的影响    6

2.4 燃料电池发动机散热系统的设计要求    7

2.5 燃料电池发动机散热系统的设计及特点    8

2.5.1 散热系统的设计    8

2.5.2与传统内燃机散热系统的不同    9

2.6小结    9

第3章 燃料电池发动机散热系统设计    11

3.1 设计对象    11

3.2 热量的来源    11

3.3 热量的散发途径    11

3.4 燃料电池内部热平衡    13

3.5 散热器计算及选型    13

3.5.1冷却空气需要量    13

3.5.2散热器的散热面积    14

3.5.3散热器的正面积    15

3.6水泵及其选型    15

3.7小结    16

第4章 基于GT-COOL燃料电池发动机散热系统一维仿真    17

4.1GT-COOL简介    17

4.2关键部件的数学模型    18

4.2.1 燃料电池发动机模型    18

4.2.2 水泵模型    19

4.2.3 散热器模型    19

4.2.4 风扇模型    21

4.2.5 节温器模型    21

4.2.6 膨胀水箱模型    23

4.2.7 管路模型    23

4.2.8 边界条件设定    24

4.3 燃料电池发动机散热系统一维仿真模型    24

4.4 结果分析    27

4.4.1散热系统整体温度分布、换热量变化、压力分布    27

4.4.2环境温度对散热系统的影响    31

4.4.3水泵流量对散热系统的影响    31

4.4.4冷却空气流量对散热系统的影响    32

4.5 小结    33

第5章 基于STAR-CCM+的散热系统三维仿真    34

5.1 几何模型的简化与建立    34

5.2 流体域设置    35

5.3网格划分    36

5.4 计算模型及参数设置    37

5.4.1 能量模型及湍流模型    37

5.4.2 散热器模型    38

5.4.3 风扇模型    40

5.4.4边界条件设置    40

5.5结果分析    41

5.5.1温度曲线及分布示意图    41

5.5.2冷却液流速矢量图    44

5.5.3冷却液压力分布图    44

5.6小结    45

第6章 全文总结及展望    46

6.1全文总结    46

6.2展望    46

参考文献    48

致谢    50

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