[發明專利]基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術

在審

• 申請號: 201811025846.5
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109145483A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 周大明;呂梅柏;周保宇;王飛;杜聰斌
• 申請（專利權）人: 寧夏冰核科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司 50219
• 代理人: 王龍生

1.基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

步驟(1)建立燃料電池蛇形管道中氣體對流運動的三對角矩陣系統；

步驟(2)根據燃料電池蛇形流道幾何特征，建立流體擴散運動的三對角矩陣系統；

步驟(3)推導三對角矩陣數值算法，將推導算法建立的流體對流運動、擴散現象數學模型以及三對角矩陣系統以C語言的形式寫入實時仿真器之中，對模型進行實時仿真，得到模型輸出結果。

2.根據權利要求1所述的基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術，其特征在于：所述步驟(1)中，在質子交換膜燃料電池的蛇形管道內，采用Darcy-Weisbach定律對氣體的對流運動進行描述，那么反應氣體的壓力降可以通過Darcy-Weisbach公式(1)來計算：

上式中，f_D是Darcy系數，ρ_gas為流體密度，L_ch為管道長度，V_s為流體平均速度，D_hydr為管道水壓直徑，基于有限體積法，將描述反應氣體對流運動的公式①在蛇形流道內進行離散化，并將所有的離散化方程轉化為三角矩陣方程組的形式以便采用三對角矩陣算法來進行高效的數值求解。

3.根據權利要求1所述的基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術，其特征在于：所述步驟(2)中，在質子交換膜燃料電池的蛇形管道內，流體從管道層至擴散層的擴散現象由改進的Fick擴散定律式來進行計算：

上式中，P_GDL是氣體的壓力降大小，δ_GDL為氣體擴散層厚度，R＝8.314是理想氣體常數，T_GDL為氣體擴散層溫度，N_GDL,x為氣體i的摩爾流量，A_GDL為氣體擴散層表面積，為混合氣體i,j的擴散系數，由有限體積法，將描述反應氣體擴散運動的公式②在氣體擴散層進行離散化，同時根據蛇形管道的幾何特征將所有的離散化方程轉化為三角矩陣方程組的形式以便采用三對角矩陣算法來進行高效的數值求解。

4.根據權利要求1所述的基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術，其特征在于：所述步驟(3)中，采用了一種特殊形式的前向消元法、后向替代法，有效地求解三對角矩陣系統方程組，替換牛頓法、高斯消元法實現實時仿真，典型的三對角矩陣線性系統式為：

上式中x表示需要求解三對角矩陣方程的未知量。

5.根據權利要求1所述的基于三對角矩陣算法的燃料電池高維模型實時仿真技術，其特征在于：所述步驟(3)中，采用的三對角矩陣線性系統式③的通用求解形式為：

上式中，

將以上建立的流體對流運動、擴散現象數學模型以及三對角矩陣系統以C語言的形式寫入實時仿真器之中，完成實時仿真。