[發明專利]一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內腔結構優化的方法

有效

• 申請號: 201910876365.3
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110534776B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 謝小明;董志亮;胡清輝;熊云;江洪春;于強;秦連慶;唐廷江
• 申請（專利權）人: 武漢雄韜氫雄燃料電池科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;G06F30/20;G06F30/23;G06T17/20;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王維新

本發明公開了一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內腔結構優化的方法，包括S1、利用CATIA創建燃料電池發動機多堆組分配內腔的流域幾何模型；S2、將流域幾何模型導入fluent軟件內，對其進行計算分析，得到進出口壓降、各出口流量分配情況以及各出口流速的均勻性指數；S3、根據計算結果的壓力和速度云圖，確定優化部位及優化方案，并重復步驟S1和步驟S2，對優化后的分配內腔再次進行計算分析；S4、將優化前后的分配內腔的計算分析結果進行對比，選取壓降最小且流量分配均勻性最好的結構方案。本方法針對一個圓形入口多支管方形出口的復雜流道，通過fluent計算分析找出結構中不合理之處并優化，達到減小壓降和提高出口流量均勻性，以改善系統性能和穩定性的目標。

技術領域

本發明涉及氫燃料電池發動機領域，具體涉及一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內腔結構優化的方法。

背景技術

氫燃料電池發動機作為一種零污染的清潔能源發動機，具有零排放、噪音低、能量轉換效率高等優點。氫燃料電池發動機在不同的行業領域正不斷的推廣應用，從而為了滿足不同的應用領域，需要開發不同形式、不同功率的發動機。目前為了大功率和小型化的要求，需要將多個電堆進行組合應用，這就需要讓進入電堆的燃料和冷卻液流量分配均勻(包括各單堆流量差異小，且各堆入口流速均勻性高)、壓降較小。使得單堆性能較穩定均勻，提高電堆使用壽命。

發明內容

本發明提供一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內腔結構優化的方法，針對一個圓形入口多支管方形出口的復雜流道，通過fluent分析找出結構中不足之處，進行優化，達到減小壓降和提高出口流量均勻性，用以改善系統性能和穩定性的目標。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種基于fluent仿真的燃料電池多堆分配內腔結構優化的方法，包括以下步驟：

S1、根據燃料電池發動機多堆組分配腔，利用CATIA創建分配內腔流域幾何模型；

S2、將步驟S1中得到的幾何模型導入fluent軟件內，對其進行計算分析，得到燃料電池多堆分配內腔的進出口壓降、各出口流量分配情況、各出口流速的均勻性指數以及燃料電池多堆分配內腔內部各位置處的壓力值；

S3、根據步驟S2中計算結果的壓力和速度云圖，確定燃料電池多堆分配內腔的優化部位及優化方案，并且對燃料電池多堆分配內腔進行結構優化調整，再次重復步驟S1和步驟S2，對優化后的燃料電池多堆分配內腔進行計算分析；

S4、將優化前后的燃料電池多堆分配內腔的計算分析結果進行對比，選取壓降最小且流量分配均勻性最好的結構方案。

作為上述方案的優選，在步驟S1中，所述燃料電池多堆分配內腔包括主腔體和對稱設置在主腔體兩側的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。

作為上述方案的優選，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部壁面。

作為上述方案的優選，在步驟S3中，根據fluent計算結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最大，針對末端彎折過渡部分設計一種或多種優化方案。

作為上述方案的優選，一次優化后的燃料電池多堆分配內腔，在第二圓管與方管彎折處設置圓滑過渡段，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。

作為上述方案的優選，特征在于：二次優化后的燃料電池多堆分配內腔，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。