[發明專利]質子交換膜燃料電池雙極板流場參數設計的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201710289962.7
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107145658B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 張東明;倪蒙
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.一種質子交換膜燃料電池雙極板流場參數設計的數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立雙極板沖壓過程的力學模型，根據力學模型采用有限元軟件建立三維模型，對雙極板沖壓成形過程進行數值模擬，根據成形極限圖和板料減薄情況，預測和消除成形極限圖中的起皺和破裂缺陷，從而得到以最佳成形工藝和安全為目標的流場尺寸范圍；

2)對質子交換膜燃料電池的模擬參數進行全局定義，包括雙極板的材料、雙極板流場形式、雙極板尺寸、燃料電池各部分的物性參數以及邊界條件；

所述雙極板尺寸根據步驟1)的流場尺寸范圍選取獲得；

所述物性參數包括陽極、陰極在電化學模型中所需要的電導率、初始極化電壓和交換電流密度，燃料電池雙極板在傳熱模型中需要的密度、比熱和導電系數，燃料電池雙極板在傳質模型中需要的孔隙率、滲透率；

所述邊界條件包括氣體的進口速度、質量分數、擴散系數、氣體初始溫度和壓強；

3)根據實際的模擬對象，繪制燃料電池模型，包括：構造燃料電池幾何三維模型，劃分網格，指定邊界類型和區域類型；

3.1)構造燃料電池幾何模型，按照尺寸分別繪制兩流場、三流場、四流場單電池模型，再將這些獨立的單元組合在一起，最終成為一個完整的三維模型；

3.2)劃分網格，當進行網格劃分時，首先要確定的是網格的類型，分為結構網格和非結構網格；

3.3)指定邊界類型和區域類型，對單電池模型各部分進行指定和命名，并對各部分進行物性定義；

4)使用流體模擬軟件Fluent中的PEMFC模塊進行燃料電池輸出進行性能模擬，包括：

啟動求解器，選擇三維模型模擬計算；

將由Gambit或其他繪圖軟件繪制好的單電池模型以及網格導入Fluent；

對燃料電池模型進行相關參數的設定；

所述相關參數包括：開路電壓，電池運行溫度，熱導率、電導率、接觸電阻；

指定燃料電池的電流值或電壓值，進行流場初始化，迭代計算，以電池性能為優化目標的雙極板流場設計。

2.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，所述步驟2)中流場形式為直流場。

3.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，所述步驟3)中當進行網格劃分時，首先要確定網格的類型，然后依據一定的比例對單電池幾何模型進行網格的劃分，其中，流場部分網格劃分密度為其他網格的1至4倍。

4.根據權利要求3所述的數值模擬方法，其特征在于，所述網格的類型為結構網格。

5.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，所述步驟4)中迭代計算次數大于等于300次。

6.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，質子交換膜燃料電池運行時的操作溫度為338K，操作壓力為1atm。