[發(fā)明專利]一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內(nèi)腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910876365.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN110534776B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝小明;董志亮;胡清輝;熊云;江洪春;于強(qiáng);秦連慶;唐廷江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢雄韜氫雄燃料電池科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;G06F30/20;G06F30/23;G06T17/20;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 王維新

1.一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內(nèi)腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、根據(jù)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)多堆組分配腔，利用CATIA創(chuàng)建分配內(nèi)腔流域幾何模型；

S2、將步驟S1中得到的幾何模型導(dǎo)入fluent軟件內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析，得到燃料電池多堆分配內(nèi)腔的進(jìn)出口壓降、各出口流量分配情況、各出口流速的均勻性指數(shù)以及燃料電池多堆分配內(nèi)腔內(nèi)部各位置處的壓力值；

S3、根據(jù)步驟S2中計(jì)算結(jié)果的壓力和速度云圖，確定燃料電池多堆分配內(nèi)腔的優(yōu)化部位及優(yōu)化方案，并且對(duì)燃料電池多堆分配內(nèi)腔進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，再次重復(fù)步驟S1和步驟S2，對(duì)優(yōu)化后的燃料電池多堆分配內(nèi)腔進(jìn)行計(jì)算分析；

S4、將優(yōu)化前后的燃料電池多堆分配內(nèi)腔的計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選取壓降最小且流量分配均勻性最好的結(jié)構(gòu)方案；

在步驟S1中，所述燃料電池多堆分配內(nèi)腔包括主腔體和對(duì)稱設(shè)置在主腔體兩側(cè)的Z字型分流彎管，Z字型分流彎管包括圓形入口和方形出口，圓形入口連接主腔體，方形出口連接燃料電池電堆，Z字型分流彎管末端，在圓管和方管彎折過渡處形成有壁面；

所述Z字型分流彎管包括第一圓管、第二圓管、方管，第一圓管的一端與主腔體連接，另一端通過第一彎管與第二圓管連接，第二圓管與方管連接，第二圓管與方管過渡部位存在有內(nèi)部壁面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在步驟S3中，根據(jù)fluent計(jì)算結(jié)果及壓力和速度云圖，判斷出Z字型分流彎管末端彎折過渡處壓力損失及流體擾動(dòng)最大，針對(duì)末端彎折過渡部分設(shè)計(jì)一種或多種優(yōu)化方案。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：一次優(yōu)化后的燃料電池多堆分配內(nèi)腔，在第二圓管與方管彎折處設(shè)置圓滑過渡段，所述圓滑過渡段包括球形和圓柱管路，并且圓柱管路與方管之間采用多截面平滑過渡。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：二次優(yōu)化后的燃料電池多堆分配內(nèi)腔，在第二圓管與方管折彎過渡處采用90度圓形彎管過渡，并且圓形彎管末端與方管之間采用多截面平滑過渡，所述圓形彎管的彎曲半徑等于管徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在步驟S2中，對(duì)燃料電池多堆分配內(nèi)腔進(jìn)行fluent計(jì)算分析的過程包括以下步驟：

S21、前處理：包括從幾何模型中提取流體域及對(duì)幾何模型進(jìn)行整體網(wǎng)格劃分，根據(jù)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)多堆組分配腔內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)提取整體內(nèi)腔作為計(jì)算的流體域，去除細(xì)小的過渡圓角和倒角，檢查并修補(bǔ)模型中出現(xiàn)的破面，形成一個(gè)完整的幾何體，然后采用fluent軟件設(shè)置進(jìn)出口，并使用meshing工具對(duì)流體域進(jìn)行整體網(wǎng)格劃分；

S22、求解設(shè)置：包括材料屬性、操作條件、邊界條件及求解器，其中，邊界條件采用速度入口和壓力出口，求解器根據(jù)流體的狀態(tài)選用層流或湍流模型，并設(shè)置相應(yīng)的松弛因子;

S23、求解運(yùn)算：選擇求解算法、設(shè)置收斂因子并經(jīng)初始化后，進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)殘差值不大于E-03時(shí)，停止計(jì)算；

S24、查看燃料電池多堆分配內(nèi)腔的進(jìn)出口壓降、各出口流量分配以及各出口流速的均勻性指數(shù)進(jìn)行結(jié)果分析。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：在步驟S21中，網(wǎng)格劃分時(shí)，使用高級(jí)尺寸功能，關(guān)聯(lián)中心選中等、平滑度選高等、過渡選慢速、跨度中心角選優(yōu)等、最大面網(wǎng)格尺寸和最大體網(wǎng)格尺寸均設(shè)置為3mm。