如今，节能与环保已成为人类社会可持续发展战略的核心，能源与环境已经成为人类社

会两大战略主题，低碳经济是人类社会发展过程中新的里程碑。故此，能源消耗与节能环保已经成为一个相互矛盾的关系。解决这一问题的关键是寻找替代能源。

氢能的高热值相比传统能源——汽油、煤等有较大优势。人类发展史伴随着能源的利用史，即从木材--石油（天然气）。可见对能源的利用方式，是从对高碳能源的使用到对富氧能源的幵发进行转变。同时，氧能作为最为清洁的能源之一，它满足人们对于减缓气候恶化的需求。对于氢能的开发利用，从形式上主要分为两种：其一是直接燃烧利用其热值，可直接利用热能亦可转化为电能使用；其二是通过发电装置直接将氢能转化为电能，其中最重要的应用之一即为燃料电池。美日等发达国家正大力发展氢氧燃料电池技术，旨在降低其发电成本。实现该目标主要依靠两种手段：其一，研究制氢储氢技术，降低氢气提供成本；目前日本公司JX HOLDINGS将幵发安全输氢技术，把自身炼油厂生产的氢溶于甲苯，使其液化进而实现常温常压状态下输送。该技术有望在2020年之前使氢气的价格将至汽油的水平。其二，研究氢氧燃料电池内部部件及系统，降低材料成本并提高电池运行效率和寿命。这项研究国际国内已经在近10余年内取得了长足的发展。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具备高效、高功率密度、快速启动和零排放的特点，近年来已成为新能源汽车的动力装置选项之一。在PEM燃料电池中，两种反应物气体氢和氧，在覆盖着催化层的大约50米厚的膜上结合。膜被大约200米厚的气体扩散层(GDL)包围。在这个装置中，GDL扮演了一个重要的角色，它为气体及电子提供通道、支撑催化层并传导电子，同时将反应生成的水从电池内部排出。然而，由于PEM燃料电池通常在较低温度下用加湿的反应气体操作，所以可能引起所谓的“泛洪”现象，特别是在阴极侧，水蒸汽凝结并阻塞GDL的孔隙，也导致了燃料电池的性能的降低。因此，研究GDL中的气液传输过程及其性质至关重要，以便找到具有最佳性能的扩散介质。

2. 研究的基本内容与方案

本毕业设计结合科研项目，采用多相多重弛豫时间格子玻尔兹曼方法建立扩散曾中的水气传输模型，主旨在建立一个快速可靠的计算模型，分析扩散层的气液传输性质，期望通过设计完成以下内容：

1.查阅关于LBM在燃料电池建模与仿真中的应用、GDL中气液传输过程的影响因素研究方面的文献资料，了解国内外相关研究现状； 2．根据多相MRT-LBM建立扩散层中的气液运输模型； 3．利用所建立模型，模拟研究扩散层中气液传输性质； 4．结合Paraview展示与分析计算结果。

【1】Kui Jiao , Xianguo Li ；Water transport in polymer electrolyte membrane fuel cells.Kui Jiao , Xianguo Li;Progress in Energy and Combustion Science 37 (2011) 221-291

【2】Mengbo Ji and Zidong Wei；A Review of Water Management in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells Mengbo Ji and Zidong Wei ;Energies 2009, 2, 1057-1106;

【3】Phengxay Deevanhxay , Takashi Sasabe , Shohji Tsushima, Shuichiro Hirai；Effect of liquid water distribution in gas diffusion media with andwithout microporous layer on PEM fuel cell performance.Phengxay Deevanhxay , Takashi Sasabe , Shohji Tsushima, Shuichiro Hirai;Electrochemistry Communications 34 (2013) 239–241

【4】SEUNGYEOB RYU and SUNGHO KO；A comparative study of lattice Boltzmann and volume of fluid method for two-dimensional multiphase flows.SEUNGYEOB RYU and SUNGHO KO;NUCLEAR ENGINEERING AND TECHNOLOGY, VOL.44 NO.6 AUGUST 2012 623