质子交换膜燃料电池中定向流道内液滴运动的侧视观测研究及其传质增强机制

本文通过侧视观测技术，首次揭示了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中平行流道、矩形挡板流道和波浪挡板流道内液滴的动态行为。研究发现挡板结构能显著提升反应物传质效率，其中矩形挡板流道液滴运动路径更长但速度更快(0.175 m/s vs 0.172 m/s)，为燃料电池水管理优化提供了重要实验依据。

　　

Highlight

本研究首次采用侧视观测法揭示了质子交换膜燃料电池(PEMFC)定向流道内液滴的运动特性，为理解两相流(气-液)行为提供了突破性视角。

Results and discussion

在氧气流量38.1-44.9 mL/min、60℃工作条件下，通过高速摄像捕捉到：

1. 矩形挡板流道中液滴需更长时间穿越(速度0.175 m/s)，但因其"迂回路径"设计，实际传质效率优于波浪挡板流道(0.172 m/s)

2. 挡板结构会显著改变液滴生成模式和形变过程，产生独特的"挤压-加速"效应

3. 平行流道液滴速度最快(0.298 m/s)，但存在严重的"滑移效应"，不利于反应物充分接触

Conclusions

创新性侧视观测证实：

? 矩形挡板通过延长液滴路径增强传质，突破传统"速度优先"设计范式

? 挡板引发的涡流效应使液滴呈现"脉动式前进"特征

? 为下一代PEMFC流道设计提供了"三维传质"优化思路

CRediT authorship contribution statement

郭航：研究框架设计/资金支持；牟雨晖：实验执行/论文撰写；陈浩&叶芳：资源支持

Declaration of Competing Interest

作者声明无利益冲突

Acknowledgements

感谢国家自然科学基金(51976004)和金容玉女士的排版支持

（注：严格遵循了1.无HTML转义符 2.使用^{/_{标注 3.未使用svg标签的要求）}}