梯度磁场作用下非均相混合介质的输运特性

梯度磁场可用于强化非均相混合介质的对流传热传质过程。以质子交换膜燃料电池的水管理为研究背景，鉴于水和氧气的不同磁化率特性，通过梯度磁场的作用，可有效组织阴极扩散层内氧气和水的输运，从而防止质子交换膜内水的干涸和电极液态水泛滥。在梯度磁场作用下非均相介质受力分析的基础上，通过揭示混合物浓度场、温度场对磁场力的影响规律，确定磁场梯度的布置方式，并建立梯度磁场作用下气体流道和阴极扩散层控制方程。通过数值模拟，得到气体流道不同流动形式、不同冷却方式以及阴极催化层内钕铁硼永磁颗粒不同掺混比例、不同掺混位置和不同粒径大小等条件下流道和阴极扩散层内的流场、温度场和浓度场，从而获得促进生成水的排出和空气向催化层集聚的梯度磁场的构建原则，并进行有针对性的实验验证。本研究为非均相介质的对流传热传质强化提供了一条新的技术途径，可在一定程度上拓展和深化对微观传递现象的认识，并能促进不同学科的交叉和渗透。