清華大學動力機械工程學系學位論文
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出於模擬計算時長及電腦儲存容量上的限制，涉及流體流動及其它參數的微流道最佳化繁瑣且不實際。與3D數值模擬相比，使用經驗式或近似解能縮短模擬計算時長。並且，經驗式可以預先將相關的設計及處理參數考慮進去，因此本研究大量使用之，結合最佳化技術來找到最適當的設計及處理參數變的可行。若給定的參數較少，還可以設定許多可調的參數。這項研究開發了一種包含微流體五種不同應用的軟體。此研究強調了五種應用的最佳化:單一流體、物質的混合和稀釋、蛇形通道中的快速混合、混合與反應 I（一混合就會反應）以及混合與反應 II（混合完成後才開始反應）。最佳化是基於晶片限制（晶片面積）和一些給定的參數，如流速、混合效率等等。這些參數由統御方程式控制，如流體流動的 Navier-Stokes 方程式、彎曲通道的 Dean 流動、混合和稀釋的擴散方程式以及欲達到的產率。本研究使用不同的最佳化演算法，如迭代計算優化、基因演算法、雙重退火和差分進化。最佳化後的或給定的微流道長度會自動擬合在一個或多個入口和出口之間，並使用海龜繪圖系統繪製最佳化後的晶片。模擬結果藉由 Comsol 和文獻中的其他解析方程式完成驗證。用戶界面內置於 Pyqt5 和 PySide 設計器中。該模型的主要優點是與其他模擬軟體相比，內置應用程式的計算時間非常短（ < 15 分鐘）。
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質子交換膜燃料電池 (PEMFC) 組裝為影響性能的關鍵因子之一，壓縮力的增加可降低接觸電阻，但過度壓縮可能會導致額外的接觸電阻和對 MEA 結構的損壞。本研究提出了一種透過不同圓角半徑之陰極金屬流道板來提高電堆性能的模式並進行膜電極組件 (MEA) 中壓縮、變形和接觸面積的影響研究。研究結果顯示，適當的圓角半徑將可降低 54% 接觸電阻並避免壓縮積聚，從而將接觸電阻保持在適當的水平，由於金屬雙極板於電化學反應過程中易導致腐蝕現象，導致介面阻抗的增加，亦是燃料電池性能之關鍵因素之一，選擇不易腐蝕又能夠具備低阻抗之金屬便是重要的考量，故亦對未來適合大量生產之金屬材料不鏽鋼S316L及不同導電性佳之金屬基材進行其阻抗與模擬質子交換膜(PEM)燃料電池之腐蝕電流特性進行實際量測分析，利用實驗量測與觀察金屬基材的外觀及其阻抗性能，找出金屬於耐腐蝕能力與性能之間的關係進行探討以取得未來應用上之參考，以此來提供未來使用不鏽鋼金屬製作具有特徵圓角設計之陰極金屬雙極板之研究參考並期能加速燃料電池產業發展。
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