[發明專利]一種用于氣體擴散層的模擬方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202211525024.X
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115906700A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 張婭;魏萬里;熊永豐
• 申請（專利權）人: 中汽創智科技有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 苗芬芬

本發明公開了一種用于氣體擴散層的模擬方法、系統、設備及介質，包括獲取氣體擴散層壓縮后的結構數據；獲取所述氣體擴散層中目標流體的流場邊界數據；根據所述結構數據與所述流場邊界數據，進行仿真處理，得到所述目標流體在所述氣體擴散層中的傳輸狀態仿真結果。本發明將氣體擴散層壓縮后的結構數據與流場邊界數據結合，能夠高效準確地模擬不同裝配方式對氣體擴散層中氣體傳輸性能和帶電物質傳輸性能的影響，魯棒性好，計算精度高，有利于優化燃料電池的性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種用于氣體擴散層的模擬方法、系統、設備及介質。

背景技術

質子交換膜燃料電池被認為是最具有前景的綠色能源裝置，其中，氣體擴散層由導電的多孔材料組成，一般使用碳纖維紙或碳纖維編織物，起到支撐催化層、收集電流、傳導氣體和排出水等多重作用，實現反應氣體和產物水在流場和催化層之間的再分配，是影響燃料電池性能的關鍵部件之一。

在燃料電池堆裝配過程，電堆兩側端板通常會被施加一定的預緊力以保證電堆的密封性及不同部件之間的良好接觸，然而這種預緊力會引起氣體擴散層不同程度的壓縮和局部碳纖維斷裂；尤其在雙極板脊的位置，壓縮變形更加嚴重，導致氣體擴散層的孔隙率降低，影響氣體的傳輸，提高了“水淹”現象發生的可能性，嚴重影響電化學反應效率；而局部碳纖維斷裂會嚴重影響電子的傳輸性能，降低燃料電池性能。

目前研究氣體擴散層的常規建模方法是有限元方法，但過程繁瑣復雜，工作量大，對網格依賴性太大，在重構過程中也可能引入多種錯誤，為計算帶來額外負擔；另外，有限元方法構建對計算機性能有很高的要求，在奇點處求解精度低，難以滿足求解需要，也無法滿足對這種包含材料局部破壞問題的研究，進而無法準確模擬氣體擴散層中電子傳輸和多物理傳輸機制，從而無法可靠預測裝配壓縮對氣體擴散層中傳輸性能的影響。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種用于氣體擴散層的模擬方法、系統、設備及介質，能夠高效且準確地模擬不同裝配方式對氣體擴散層中氣體傳輸性能和帶電物質傳輸性能的影響，為燃料電池的性能優化提供助力，魯棒性好，計算精度高。所述技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種用于氣體擴散層的模擬方法，包括：

獲取氣體擴散層壓縮后的結構數據；

獲取所述氣體擴散層中目標流體的流場邊界數據；

根據所述結構數據與所述流場邊界數據，進行仿真處理，得到所述目標流體在所述氣體擴散層中的傳輸狀態仿真結果。

進一步地，所述獲取氣體擴散層壓縮后的結構數據包括：

獲取所述氣體擴散層的初始結構數據；

獲取壓縮邊界數據；所述壓縮邊界數據表征施加于所述氣體擴散層的壓縮條件；

根據所述壓縮邊界數據和所述初始結構數據，得到壓縮后的所述結構數據。

進一步地，所述傳輸狀態仿真結果包括傳輸動力學仿真結果，所述傳輸動力學仿真結果包括有效氣體擴散率與電子傳導率。

進一步地，所述根據所述結構數據與所述流場邊界數據，進行仿真處理，得到所述目標流體在所述氣體擴散層中的傳輸狀態仿真結果包括：

根據所述結構數據，確定所述傳輸動力學仿真結果的計算域；

根據所述流場邊界數據與所述計算域，進行迭代處理，得到所述目標流體的有效氣體擴散率。

進一步地，所述根據所述流場邊界數據與所述計算域，進行迭代處理，得到所述目標流體的有效氣體擴散率包括：

根據所述流場邊界數據，得到所述目標流體的摩爾分數；

獲取所述目標流體的流速；