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质子交换膜燃料电池建模与MATLAB仿真

作者: [美] Colleen Spiegel 著 , 张新丰译 , 张智明译 , 单桐校 , 周苏校

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2013-04

版次: 1

ISBN: 9787121198168

定价: 59.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 340页

字数: 544千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

34人买过

　　《质子交换膜燃料电池建模与MATLAB仿真》阐述了质子交换膜燃料电池建模与仿真的基本方法。首先介绍了与质子交换膜燃料电池相关的热力学和电化学基础知识，然后系统地介绍了质子交换膜燃料电池内部电荷传输、质量传输及热能传输的基本原理和守恒方程，分别针对质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、流场板进行建模和仿真计算；然后以微型燃料电池、燃料电池电堆及辅助系统为主要内容进行建模，最后讲述模型的验证方法。《质子交换膜燃料电池建模与MATLAB仿真》以最经典的热力学及流体力学理论为建模依据，基础性很强；同时又以目前现有的燃料电池科学研究成果为对比，具有一定的前瞻性。　　施皮格尔，是美国清洁燃料电池能源公司的创始人，作为一名研发管理员与化学工程师，多年以来一直从事燃料电池的设计与建模工作，是美国燃料电池领域的著名专家。ColleenS.Spiegel是美国化学工程师协会(AICHE)会员和美国电气与电子工程师协会(IEEE)会员。第1章燃料电池简介
1.1引言
1.2什么是PEM燃料电池
1.3为什么需要燃料电池
1.3.1便携式电源
1.3.2交通运输
1.3.3固定式电站
1.4燃料电池的发展史
1.5文献中的燃料电池数学模型
1.6燃料电池数学建模的基本步骤
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第2章燃料电池热力学
2.1引言
2.2焓
2.3比热
2.4熵
2.5化学反应中的自由能变化
2.6燃料电池可逆电压和净输出电压
2.7燃料电池的理论效率
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第3章燃料电池电化学
3.1引言
3.2基本的电化学动力学概念
3.3电荷传输
3.4电荷传输反应
3.5电极动力学
3.5.1反应速率因素与活化能
3.5.2巴尔特-沃尔默方程
3.6电压损失
3.7内部电流和渗透电流
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第4章燃料电池电荷传输
4.1引言
4.2欧姆极化损失
4.3金属的电子导电性
4.4聚合物电解质的离子导电性
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第5章燃料电池质量传输
5.1引言
5.2燃料电池内部的质量守恒
5.2.1质子交换膜燃料电池入口处流量关系
5.2.2质子交换膜燃料电池出口处流量关系
5.2.3液体、水蒸气流量及其余量
5.3流道和电极之间的质量对流传输
5.4电极中的质量扩散传输
5.5流场中的质量对流传输
5.6其他文献中的质量传输方程
5.6.1菲克扩散定律
5.6.2史蒂芬-麦克斯韦方程
5.6.3尘气模型
本章小结
思考题
参考文献

第6章燃料电池热传输
6.1引言
6.2热传输基本原理
6.3燃料电池能量守恒
6.3.1总体能量守恒过程
6.3.2燃料电池电堆的能量守恒
6.3.3燃料电池系统的能量守恒
6.3.4节点网络
6.3.5平面中的瞬态传热[6]
6.3.6单电池层间的能量守恒
6.4燃料电池的热管理
6.4.1空气冷却
6.4.2边缘冷却
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第7章质子交换膜建模
7.1引言
7.2质子交换膜的物理描述
7.3不同种类的模型
7.3.1微观和物理模型
7.3.2扩散模型
7.3.3稀薄溶液理论
7.3.4浓缩溶液理论
7.3.5膜的水含量
7.3.6液压模型
7.3.7联合模型
7.4质子交换膜建模案例
7.4.1质量和组分守恒
7.4.2动量方程
7.4.3能量守恒方程
7.4.4离子传输方程
7.4.5界面的水活性
7.4.6膜内水活性
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第8章气体扩散层建模
8.1引言
8.2气体扩散层的物理描述
8.3多孔介质建模基础
8.3.1孔结构
8.3.2流体特性
8.3.3毛细管作用
8.3.4渗透率
8.4多孔介质传输模型
8.4.1多孔介质中的自由分子流动
8.4.2多孔介质中的黏性流动
8.4.3多孔介质的连续扩散
8.4.4二元混合物联合传输机理
8.5模型种类
8.5.1导电性
8.5.2蒸发与冷凝
8.5.3气相传输
8.5.4液态水处理
8.5.5严格两相流动模型
8.6气体扩散层建模案例
8.6.1无液态支配方程
8.6.2无液态，无对流，常流量
本章总结
思考题
尾注
参考文献

第9章催化剂层建模
9.1引言
9.2催化剂层的物理描述
9.3通用方程
9.4模型类型
9.4.1界面模型
9.4.2微结构和单孔模型
9.4.3多孔电极模型
9.4.4聚合物模型
9.5催化剂层热传递
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第10章流场板建模
10.1引言
10.2流场板材料
10.3流场设计
10.4流道的截面形状
10.5流道中的压降
10.6板流道和气体之间的热传递
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第11章微型燃料电池建模
11.1引言
11.2文献中的微型PEM燃料电池
11.2.1电极
11.2.2双极板
11.2.3堆的设计和结构
11.3微流体力学
11.3.1纳维-斯托克斯方程
11.3.2不可压缩流
11.3.3欧拉方程
11.3.4斯托克方程
11.3.5边界条件和初始条件
11.3.6泊肃叶流
11.3.7带滑移的泊肃叶流
11.4流速和压力
11.5气泡和颗粒
11.6毛细管效应
11.7单相和两相压降
11.8微通道内的速度
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第12章燃料电池堆建模
12.1引言
12.2燃料电池堆的尺寸设计
12.3单电池数量
12.4堆结构
12.5燃料和氧化剂的分配
12.6电堆预紧
12.6.1螺栓预紧
12.6.2气体扩散层获得最佳预紧时电堆上所需的力
12.6.3预紧层的螺栓刚度
12.6.4拧紧扭矩的计算
12.6.5总预紧力相关扭矩
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第13章燃料电池系统设计
13.1引言
13.2燃料子系统
13.2.1加湿子系统
13.2.2风机和鼓风机
13.2.3压缩机
13.2.4涡轮机
13.2.5泵
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第14章模型验证
14.1引言
14.2残差
14.2.1测量过程的漂移
14.2.2独立随机误差
14.3随机误差的正态分布
14.4模型中的丢失项
14.5模型中的非必要项
本章总结
思考题
尾注
参考文献

附录A
附录B
附录C
附录D
附录E
附录F
附录G
附录H
附录I
附录J
内容简介:
　　《质子交换膜燃料电池建模与MATLAB仿真》阐述了质子交换膜燃料电池建模与仿真的基本方法。首先介绍了与质子交换膜燃料电池相关的热力学和电化学基础知识，然后系统地介绍了质子交换膜燃料电池内部电荷传输、质量传输及热能传输的基本原理和守恒方程，分别针对质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、流场板进行建模和仿真计算；然后以微型燃料电池、燃料电池电堆及辅助系统为主要内容进行建模，最后讲述模型的验证方法。《质子交换膜燃料电池建模与MATLAB仿真》以最经典的热力学及流体力学理论为建模依据，基础性很强；同时又以目前现有的燃料电池科学研究成果为对比，具有一定的前瞻性。
作者简介:
　　施皮格尔，是美国清洁燃料电池能源公司的创始人，作为一名研发管理员与化学工程师，多年以来一直从事燃料电池的设计与建模工作，是美国燃料电池领域的著名专家。ColleenS.Spiegel是美国化学工程师协会(AICHE)会员和美国电气与电子工程师协会(IEEE)会员。
目录:
第1章燃料电池简介
1.1引言
1.2什么是PEM燃料电池
1.3为什么需要燃料电池
1.3.1便携式电源
1.3.2交通运输
1.3.3固定式电站
1.4燃料电池的发展史
1.5文献中的燃料电池数学模型
1.6燃料电池数学建模的基本步骤
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第2章燃料电池热力学
2.1引言
2.2焓
2.3比热
2.4熵
2.5化学反应中的自由能变化
2.6燃料电池可逆电压和净输出电压
2.7燃料电池的理论效率
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第3章燃料电池电化学
3.1引言
3.2基本的电化学动力学概念
3.3电荷传输
3.4电荷传输反应
3.5电极动力学
3.5.1反应速率因素与活化能
3.5.2巴尔特-沃尔默方程
3.6电压损失
3.7内部电流和渗透电流
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第4章燃料电池电荷传输
4.1引言
4.2欧姆极化损失
4.3金属的电子导电性
4.4聚合物电解质的离子导电性
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第5章燃料电池质量传输
5.1引言
5.2燃料电池内部的质量守恒
5.2.1质子交换膜燃料电池入口处流量关系
5.2.2质子交换膜燃料电池出口处流量关系
5.2.3液体、水蒸气流量及其余量
5.3流道和电极之间的质量对流传输
5.4电极中的质量扩散传输
5.5流场中的质量对流传输
5.6其他文献中的质量传输方程
5.6.1菲克扩散定律
5.6.2史蒂芬-麦克斯韦方程
5.6.3尘气模型
本章小结
思考题
参考文献

第6章燃料电池热传输
6.1引言
6.2热传输基本原理
6.3燃料电池能量守恒
6.3.1总体能量守恒过程
6.3.2燃料电池电堆的能量守恒
6.3.3燃料电池系统的能量守恒
6.3.4节点网络
6.3.5平面中的瞬态传热[6]
6.3.6单电池层间的能量守恒
6.4燃料电池的热管理
6.4.1空气冷却
6.4.2边缘冷却
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第7章质子交换膜建模
7.1引言
7.2质子交换膜的物理描述
7.3不同种类的模型
7.3.1微观和物理模型
7.3.2扩散模型
7.3.3稀薄溶液理论
7.3.4浓缩溶液理论
7.3.5膜的水含量
7.3.6液压模型
7.3.7联合模型
7.4质子交换膜建模案例
7.4.1质量和组分守恒
7.4.2动量方程
7.4.3能量守恒方程
7.4.4离子传输方程
7.4.5界面的水活性
7.4.6膜内水活性
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第8章气体扩散层建模
8.1引言
8.2气体扩散层的物理描述
8.3多孔介质建模基础
8.3.1孔结构
8.3.2流体特性
8.3.3毛细管作用
8.3.4渗透率
8.4多孔介质传输模型
8.4.1多孔介质中的自由分子流动
8.4.2多孔介质中的黏性流动
8.4.3多孔介质的连续扩散
8.4.4二元混合物联合传输机理
8.5模型种类
8.5.1导电性
8.5.2蒸发与冷凝
8.5.3气相传输
8.5.4液态水处理
8.5.5严格两相流动模型
8.6气体扩散层建模案例
8.6.1无液态支配方程
8.6.2无液态，无对流，常流量
本章总结
思考题
尾注
参考文献

第9章催化剂层建模
9.1引言
9.2催化剂层的物理描述
9.3通用方程
9.4模型类型
9.4.1界面模型
9.4.2微结构和单孔模型
9.4.3多孔电极模型
9.4.4聚合物模型
9.5催化剂层热传递
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第10章流场板建模
10.1引言
10.2流场板材料
10.3流场设计
10.4流道的截面形状
10.5流道中的压降
10.6板流道和气体之间的热传递
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第11章微型燃料电池建模
11.1引言
11.2文献中的微型PEM燃料电池
11.2.1电极
11.2.2双极板
11.2.3堆的设计和结构
11.3微流体力学
11.3.1纳维-斯托克斯方程
11.3.2不可压缩流
11.3.3欧拉方程
11.3.4斯托克方程
11.3.5边界条件和初始条件
11.3.6泊肃叶流
11.3.7带滑移的泊肃叶流
11.4流速和压力
11.5气泡和颗粒
11.6毛细管效应
11.7单相和两相压降
11.8微通道内的速度
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第12章燃料电池堆建模
12.1引言
12.2燃料电池堆的尺寸设计
12.3单电池数量
12.4堆结构
12.5燃料和氧化剂的分配
12.6电堆预紧
12.6.1螺栓预紧
12.6.2气体扩散层获得最佳预紧时电堆上所需的力
12.6.3预紧层的螺栓刚度
12.6.4拧紧扭矩的计算
12.6.5总预紧力相关扭矩
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第13章燃料电池系统设计
13.1引言
13.2燃料子系统
13.2.1加湿子系统
13.2.2风机和鼓风机
13.2.3压缩机
13.2.4涡轮机
13.2.5泵
本章小结
思考题
尾注
参考文献

第14章模型验证
14.1引言
14.2残差
14.2.1测量过程的漂移
14.2.2独立随机误差
14.3随机误差的正态分布
14.4模型中的丢失项
14.5模型中的非必要项
本章总结
思考题
尾注
参考文献

附录A
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