本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法。

背景技術(shù)：

1、雙極板是燃料電池的重要部件，包括陰極側(cè)、陽(yáng)極側(cè)、冷卻路，主要用于分隔燃料與氧化劑、收集和傳導(dǎo)電流、提供氫氣、氧氣和冷卻液等。雙極板流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定著氣體、冷卻液分布的均勻度，從而決定著反應(yīng)效率。

2、現(xiàn)有的雙極板結(jié)構(gòu)大致分為分配區(qū)和反應(yīng)區(qū)，其中反應(yīng)區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)大多為細(xì)長(zhǎng)而密集的蛇形流道或者直流到，氣體從分配區(qū)進(jìn)入到反應(yīng)區(qū)，并不能保證設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能保證每條流道分配氣體流量的均勻性。必須制作樣件后通過(guò)性能試驗(yàn)分析氣體流量的分配均勻性，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，也不直觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的必須制作樣件后通過(guò)性能試驗(yàn)分析氣體流量的分配均勻性，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，也不直觀的問(wèn)題，提出一種評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，包括以下步驟：

3、s1、將雙極板3d模型導(dǎo)入到仿真軟件的前處理模塊中，再應(yīng)用流道提取功能對(duì)模型的進(jìn)口、出口以及中間流道進(jìn)行封閉，從而提取出完整流道的有限元模型，同時(shí)對(duì)邊界面進(jìn)行命名；

4、s2、將整體流道從中間分開(kāi)，形成進(jìn)出的流道體一和流道體二，兩個(gè)流道體之間生成交界面interface面，以便能提取中間截面的流量值；

5、s3、對(duì)處理好的有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

6、s4、在仿真軟件中將交界面分離成實(shí)際條數(shù)的單獨(dú)的每個(gè)子流道的交界面，并且每條子流道會(huì)被分配一個(gè)序號(hào)，1、2、3……n；

7、s5、在仿真軟件中進(jìn)行邊界條件的設(shè)置，并對(duì)所有子流道交界面設(shè)置流量的監(jiān)測(cè)面，并生成記錄文件；

8、s6、提交偏差率計(jì)算，當(dāng)殘差值達(dá)到設(shè)置值說(shuō)明計(jì)算已經(jīng)完成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)偏差率參數(shù)值；

9、s7、找到超出設(shè)定的偏差率參數(shù)值的交界面序號(hào)，相對(duì)應(yīng)的在仿真軟件中找到對(duì)應(yīng)的流道，鎖定流道后，對(duì)此流道進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)過(guò)反復(fù)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，計(jì)算迭代，最終達(dá)到全部子流道的偏差率均在零的基礎(chǔ)上，上下波動(dòng)范圍均在設(shè)定的偏差率參數(shù)值的絕對(duì)值內(nèi)。

10、優(yōu)選的，s3中，網(wǎng)格劃分包括以下步驟：s31、選擇合適的網(wǎng)格類型；s32、設(shè)定網(wǎng)格參數(shù)；s33、自動(dòng)網(wǎng)格劃分，使用仿真軟件的自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具進(jìn)行劃分；s34、手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格；s35、網(wǎng)格質(zhì)量檢查，使用仿真軟件的網(wǎng)格質(zhì)量工具，對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估；s36、網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試，以確認(rèn)網(wǎng)格劃分是否足夠精細(xì)以捕捉流體的流動(dòng)特性。

11、優(yōu)選的，s31中，根據(jù)雙極板流道的幾何特征和仿真需求，選擇合適的網(wǎng)格類型，選用的是四面體網(wǎng)格。

12、優(yōu)選的，s6中，將記錄文件中所有子流道交界面的流量值q′,q′為子流道的實(shí)際流量，復(fù)制到excel表中，根據(jù)均勻性公式為理論上子流道的設(shè)計(jì)流量，計(jì)算出每條子流道的偏差率。

13、優(yōu)選的，s7中，流道調(diào)整包括以下步驟：s71、分析流道特征；s72、調(diào)整流道結(jié)構(gòu)，調(diào)整包括：改變流道截面形狀，調(diào)整流道尺寸，優(yōu)化流道的彎曲角度，移除或增加流道中的障礙物；s73、對(duì)調(diào)整后的流道進(jìn)行重新網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格質(zhì)量滿足仿真要求；s74、設(shè)置新的邊界條件和監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益的技術(shù)效果：為雙極板流量分配一致性設(shè)計(jì)提供具體量化、可視化方法；無(wú)需進(jìn)行樣件加工，再進(jìn)行試驗(yàn)，可快速衡量雙極板流量分配的一致性，并且可快速鎖定一致性出現(xiàn)偏差的流道，為具體改善設(shè)計(jì)提供依據(jù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，可將一致性調(diào)整到設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

技術(shù)特征：

1.一種評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其特征在于，s3中，網(wǎng)格劃分包括以下步驟：s31、選擇合適的網(wǎng)格類型；s32、設(shè)定網(wǎng)格參數(shù)；s33、自動(dòng)網(wǎng)格劃分，使用仿真軟件的自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具進(jìn)行劃分；s34、手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格；s35、網(wǎng)格質(zhì)量檢查，使用仿真軟件的網(wǎng)格質(zhì)量工具，對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估；s36、網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試，以確認(rèn)網(wǎng)格劃分是否足夠精細(xì)以捕捉流體的流動(dòng)特性。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其特征在于，s31中，根據(jù)雙極板流道的幾何特征和仿真需求，選擇合適的網(wǎng)格類型，此處選用的是四面體網(wǎng)格。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其特征在于，s6中，將記錄文件中所有子流道交界面的流量值q′,q′為子流道的實(shí)際流量，復(fù)制到excel表中，根據(jù)均勻性公式為理論上子流道的設(shè)計(jì)流量，計(jì)算出每條子流道的偏差率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其特征在于，s7中，流道調(diào)整包括以下步驟：s71、分析流道特征；s72、調(diào)整流道結(jié)構(gòu)，調(diào)整包括：改變流道截面形狀，調(diào)整流道尺寸，優(yōu)化流道的彎曲角度，移除或增加流道中的障礙物；s73、對(duì)調(diào)整后的流道進(jìn)行重新網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格質(zhì)量滿足仿真要求；s74、設(shè)置新的邊界條件和監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體為一種評(píng)價(jià)電池雙極板流量分配一致性的可視化仿真方法，其包括以下步驟：S1、將雙極板模型導(dǎo)入到仿真軟件中，提取出完整流道的有限元模型；S2、將整體流道從中間分開(kāi)，兩個(gè)流道體之間生成交界面；S3、對(duì)有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；S4、將交界面分離成實(shí)際條數(shù)的單獨(dú)的每個(gè)子流道的交界面；S5、進(jìn)行邊界條件的設(shè)置，并對(duì)所有子流道交界面設(shè)置流量監(jiān)測(cè)面；S6、提交偏差率計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)偏差率參數(shù)值；S7、找到超出設(shè)定的偏差率參數(shù)值的交界面序號(hào)，相對(duì)應(yīng)的找到流道，對(duì)此流道進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。本發(fā)明為雙極板流量分配一致性設(shè)計(jì)提供具體量化、可視化方法，無(wú)需進(jìn)行樣件加工，再進(jìn)行試驗(yàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：唐蓮花
受保護(hù)的技術(shù)使用者：氫質(zhì)氫離（北京）氫能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10