CN114707365A - 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法 - Google Patents

一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114707365A
CN114707365A CN202210620700.5A CN202210620700A CN114707365A CN 114707365 A CN114707365 A CN 114707365A CN 202210620700 A CN202210620700 A CN 202210620700A CN 114707365 A CN114707365 A CN 114707365A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas diffusion
diffusion layer
water
temperature
equation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202210620700.5A
Other languages
English (en)
Inventor
焦道宽
郝冬
张妍懿
马明辉
杨子荣
兰昊
赵鑫
冀雪峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Automotive Research New Energy Vehicle Inspection Center Tianjin Co ltd
Original Assignee
China Automotive Research New Energy Vehicle Inspection Center Tianjin Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Automotive Research New Energy Vehicle Inspection Center Tianjin Co ltd filed Critical China Automotive Research New Energy Vehicle Inspection Center Tianjin Co ltd
Priority to CN202210620700.5A priority Critical patent/CN114707365A/zh
Publication of CN114707365A publication Critical patent/CN114707365A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本申请提出了一种燃料电池气体扩散层水‑热‑质传输仿真方法，包括：确定仿真尺寸，得到气体扩散层的三维多孔几何结构；划分网格，得到初始计算域；基于压缩力学模型对初始计算域进行压缩；构建并根据流‑固耦合模型，迭代更新所述温度T和所述液相体积分数α，得到动态平衡的温度T和液相体积分数α输出。准确反映气液传输与热量传递间的耦合影响关系，大大提高研发效率，对于气体扩散层的性能优化及产品设计具有重要意义。

Description

一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法
技术领域
本申请属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法、装置及电子设备。
背景技术
燃料电池领域中的质子交换膜燃料电池由于清洁无污染，功率密度高等优点，近些年在市场化推进过程中得到了长足的进展。实现高效的燃料电池水热管理对提升电池性能，改善耐久性和寿命具有至关重要的作用。电池在实际工作过程中，热量通过电化学反应在催化层产生，并通过冷却流道、自然对流等进行散热。在此过程中，液态水传输与传热过程紧密耦合、互相影响。因此，获得真实的气体扩散层内部的液态水及温度分布对于气体扩散层的水热管理研究具有重要的支撑作用。
发明内容
本申请实施例提供了一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法。通过求解压缩过程、液态水传输、水蒸气冷凝、耦合传热过程实现对气体扩散层“气-水-热-力”的综合仿真。进而可以对气体扩散层内的真实温度进行反映，也可对不具有真实结构的三维性能模型的物性参数提供修正的技术方案。
第一方面，本申请实施例提供了一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，上述方法包括：
通过确定所述气体扩散层和围绕所述气体扩散层的外围部件大小，以及所述气体扩散层中流道、脊、微孔层的位置关系，得到仿真尺寸；
根据所述仿真尺寸采用随机函数法重构得到所述气体扩散层的三维多孔几何结构，对所述三维多孔几何结构和所述外围部件划分网格，得到初始计算域；
基于压缩力学模型根据预设压缩比率对所述初始计算域进行压缩，得到标准计算域；
构建并根据两相相变模型，计算所述标准计算域的液相体积分数α、速度U和温度T，其中，所述液相体积分数α表示所述标准计算域中液态水的含量和分布，所述速度U表示所述标准计算域中气相和液相两相综合的流动速度，所述温度T表示所述标准计算域中流体的温度；
构建并根据流-固耦合模型，迭代更新所述温度T和所述液相体积分数α，得到动态平衡的所述液相体积分数α输出。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
所述气体扩散层由多孔结构的碳纤维层堆叠而成；
所述碳纤维层中随机分布着圆柱体状的碳纤维，每层所述碳纤维层中的所述碳纤维直径相同，所述碳纤维在同一所述气体扩散层中相互交叉，不同所述气体扩散层间的所述碳纤维相切。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
所述两相相变模型由修正的相方程、连续性方程、动量方程构建，其中，
所述连续性方程如下公式所示：
Figure 334698DEST_PATH_IMAGE001
(3-1)
所述动量方程如下公式所示：
Figure 782997DEST_PATH_IMAGE002
(3-2)
Figure 828313DEST_PATH_IMAGE003
(3-3)
Figure 489102DEST_PATH_IMAGE004
(3-4)
其中，
Figure 569053DEST_PATH_IMAGE005
表示梯度，
Figure 657095DEST_PATH_IMAGE006
表示散度，ρ表示密度，t表示瞬态时间，U表示所述速度，μ表 示粘度，p表示压力，C, κ分别表示表面张力系数、气液两相界面的平均曲率，g表示重力加 速度，ρl表示水蒸气的密度，ρg表示液态水的密度，μl表示水蒸气的粘度，μg表示液态水的粘 度；U和g为矢量，其余为标量。
其中，ρ, μ, g，C会在计算开始前给定数值大小，α、p、U会在迭代开始前给定所述计算域的初始值大小及进出口条件，因此数值会随迭代不断更新，κ会根据内部不同位置液态水的实时情况进行计算。
通过所述连续性方程和所述动量方程计算得到所述标准计算域的速度U。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
所述修正的相方程包括修改相方程和添加能量方程，并具体包括：
所述修改相方程如下公式所示：
Figure 189707DEST_PATH_IMAGE007
(4-1)
其中，
Figure 654187DEST_PATH_IMAGE008
表示相变速率，用来表征有多少体积的水蒸气变成了水，所述液相的体积 分数α初始值为0，随机预设所述速度U的初始值，或者所述速度U的初始值和四周、进出口的 值根据仿真所要反映的实际工作条件进行给定；
通过所述修改相方程计算得到所述标准计算域的所述液相体积分数α；
所述添加能量方程如下公式所示：
Figure 588645DEST_PATH_IMAGE009
(4-2)
其中，T代表所述温度，Cp表示流体的热容，k为导热系数，Hfg为水的潜热值；计算开始前根据所要仿真的实际情况，指定内部初始的温度大小以及四周、进出口的温度条件。
通过所述添加能量方程计算得到所述标准计算域的所述温度T。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
根据下述公式得到所述相变速率
Figure 847588DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 601917DEST_PATH_IMAGE010
(5-1)
其中，M表示流体的摩尔质量，R表示通用气体常数，T sat表示当地的饱和温度，上述参数计算时给定即可。
根据下述公式迭代更新Hfg：
Figure 870087DEST_PATH_IMAGE011
(5-2)。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
在所述流-固耦合模型中，求解所述碳纤维的内部温度分布，并根据所述碳纤维之间的孔隙和所述碳纤维之间的相互影响，迭代更新所述温度T，如下公式所示：
Figure 659052DEST_PATH_IMAGE012
(6-1)
其中，a表示热扩散系数， x表示坐标距离；
所述碳纤维是固体的，因此碳纤维域s可表示为固体域s，所述碳纤维之间的孔隙是流体的，因此孔隙域f可表示为流体域f。
在所述流-固耦合模型中，当达到动态平衡时，数值仿真收敛中的温度分布在固体域s和流体域f两相相界面处的数值保持相等；
在所述两相相界面处，一侧进入该计算域的通量等同于另一侧离开该域进入另一域的通量值，如下述公式所示：
Figure 354475DEST_PATH_IMAGE013
(6-2)
Figure 658418DEST_PATH_IMAGE014
(6-3)
其中，T s 表示在所述两相相界面处所述固体域s侧的温度值，T f 表示在所述两相相界面处所述流体域f侧的温度值，
Figure 199121DEST_PATH_IMAGE015
表示所述孔隙域f的热导率大小，
Figure 842591DEST_PATH_IMAGE016
表示所述碳纤维域s的热导率大小，n表示所述两相相界面处的法相方向；
基于所述公式（6-1）、所述公式（6-2）、所述公式（6-3）实现所述温度T的迭代更新；
基于所述温度T的迭代更新和所述修改相方程，所述液相体积分数α进行迭代更新；
输出所述动态平衡下的所述温度T和液相体积分数α。
在上述第一方面的一种可能的实现中，上述方法还包括：
确定所述气体扩散层的结构参数，所述结构参数包括所述碳纤维层的长L、宽W、所述碳纤维层的碳纤维直径d；
基于下述公式利用随机函数法生成坐标点A（x 1, y 1, z 1），B(x 2, y 2, z 2)：
Figure 443337DEST_PATH_IMAGE017
（7-1）
Figure 703417DEST_PATH_IMAGE018
（7-2）
Figure 47811DEST_PATH_IMAGE019
（7-3）
Figure 811367DEST_PATH_IMAGE020
（7-4）
Figure 848594DEST_PATH_IMAGE021
（7-5）
Figure 64811DEST_PATH_IMAGE022
（7-6）
其中，Rand_x, Rand_z分别表示所述随机函数生成的用以计算坐标的数值，Rand_θ表示所述随机函数生成的用以计算弧度的值，i表示所述碳纤维的层数；
连接所述坐标点A、B成线C，舍弃所述线C超出所述气体扩散层的长域、宽域部分，并将所述线C按照所述碳纤维的所述直径进行圆柱型膨胀生成一根碳纤维；
重复随机生成多根所述碳纤维，得到一层预期孔隙率的所述碳纤维层，堆叠多层所述碳碳纤维层，得到具有三维多孔结构的所述气体扩散层。
第二方面，本申请实施例提供了一种装置，上述装置包括：
确定模块，用于通过确定所述气体扩散层和围绕所述气体扩散层的外围部件大小，以及所述气体扩散层中流道、脊、微孔层的位置关系，得到仿真尺寸；
重构模块，用于根据所述仿真尺寸采用随机重构得到所述气体扩散层的三维多孔几何结构，对所述三维多孔几何结构划分网格，得到初始计算域；
压缩模块，用于基于压缩力学模型根据预设压缩比率对所述初始计算域进行压缩，得到标准计算域；
计算模块，用于构建并根据两相相变模型，计算所述标准计算域的液相体积分数α、速度U和温度T，其中，所述液相体积分数α表示所述标准计算域中液态水的含量和分布，所述速度U表示所述标准计算域中气相和液相两相综合的流动速度，所述温度T表示所述标准计算域中流体的温度；
更新输出模块，构建并根据流-固耦合模型，迭代更新所述温度T和所述液相体积分数α，得到动态平衡的所述液相体积分数α输出。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储由系统的一个或多个处理器执行的指令，以及处理器，是系统的处理器之一，用于执行上述第一方面的任意一种可能的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备具有实现上述搜索方法的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多于一个与上述功能相对应的单元。
本申请提出的燃料电池气体扩散层水-热-质传输的仿真方法，在求解过程中准确捕捉液态水及冷凝水的实时分布及变化形态，并能准确反映气液传输与热量传递间的耦合影响关系，大大提高研发效率，对于气体扩散层的性能优化及产品设计具有重要的指导意义。
附图说明
图1为根据本申请的一些实施例示出的采用随机重构生成气体扩散层的示意图；
图2(a)为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层每层内的液态水饱和度随时间的变化情况示意图；
图2(b)为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层每层内的液态水饱和度随时间的变化情况立体图；
图3为根据本申请的一些实施例示出的液态水传输对于传热过程的影响示意图；
图4(a)为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层内的水蒸气冷凝分布情况示意图；
图4(b)为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层内的水蒸气冷凝分布情况立体图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本申请的技术方案作进一步的说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是本计算实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此限定本申请的保护范围。
由于燃料电池是不透明的，采用光学测试设备无法对其内部的水热传输过程进行直接观测，因此现有技术中针对两相流的研究多采用数值仿真的方法。而现有仿真研究大多仅仅基于绝热的假设，忽略了水蒸气的相变过程及传热过程，并且在数值仿真中仅将水的状态作为液态，然而在实际过程中水的状态可能为液态、气态或者气液的混合状态。因而大多数气体扩散层的水热管理的研究忽略了液态水传输对于热传输过程的影响，以及热传输对于气液相变传输过程的影响。此外，当气体扩散层存在液态水分布时，其整体的导热能力、储热能力都会发生改变。相比于干燥的气体扩散层，润湿的气体扩散层内的液态水比干空气的导热能力较强，这意味着液态水的传输过程会进而影响到温度的分布。更重要的是，液态水也是热的载体，携带热量的液态水在传输过程中进入气体扩散层内并排出，这自然会影响到整体的热管理效能。当水以蒸气的形式传输时，一方面水蒸气携带着热量进入气体扩散层，在冷凝时进行换热；另一方面气体扩散层碳纤维层的温度分布对于水蒸气的冷凝速率也会造成直接影响。
现有的电池性能模型虽然可以较为综合的考虑电化学反应以及传热传质过程，但采用均相假设，气体扩散层等不具有真实的结构。在这些模型中，热物理参数是由固体及流体域的体积分数进行平均获得的，而忽略了液态水的分布及含量对于热物理参数的影响。因此，当液态水含量较高时，这种研究方法不准确的。此外，三维性能模型在两相流的求解中也不具有真实的相界面，无法捕捉气体扩散层内真实的两相流传输过程。
下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。
图1为根据本申请的一些实施例示出的采用随机重构生成气体扩散层的示意图。具体的，如图1所示，在重构过程中，气体扩散层被假设为是由多孔结构的碳纤维层堆叠而成。在其中，碳纤维被假设为随机分布在层内的长直的圆柱体，每层的碳纤维具有相同的直径。纤维相互之间交叉，但气体扩散层间的碳纤维为相切布置。重构的过程是首先明确目标气体扩散层的结构参数，包括碳纤维层的长L、宽W，每层的纤维直径d，此时该气体扩散层法向投影尺寸范围为（0 0）~（LW）。利用随机函数法生成两个坐标点A（x 1, y 1, z 1），B(x 2, y 2,z 2)。表达式如下：
Figure 478475DEST_PATH_IMAGE023
（7-1）
Figure 627697DEST_PATH_IMAGE024
（7-2）
Figure 835824DEST_PATH_IMAGE025
（7-3）
Figure 539338DEST_PATH_IMAGE026
（7-4）
Figure 225534DEST_PATH_IMAGE027
（7-5）
Figure 698104DEST_PATH_IMAGE028
（7-6）
其中，Rand_x, Rand_z分别表示随机函数生成的用以计算坐标的数值，Rand_θ表示随机函数生成的用以计算弧度的值，所述弧度的值需限制在tan函数的定义域内，i表示碳纤维的层数。将生成的点A、B连线，并将超出气体扩散层长、宽域的部分舍弃。并将该线按照纤维直径进行圆柱型膨胀生成一根碳纤维。通过重复所述碳纤维的生成过程，在一层内随机生成多个碳纤维，从而获得一层预期孔隙率的碳碳纤维层。将多个随机生成的碳碳纤维层堆叠便可得到具有三维多孔结构的气体扩散层。
在本实施例中，整体计算域包括三个固体域（脊、碳碳纤维层、微孔层）和一个整体的流体域（流道、气体扩散层内部及微孔层裂缝内水蒸气和液态水的流场，即气相和液相的流动区域），如图1所示。流固即流体域和固体域，这里指代的就是在计算的时候流体域的温度会和固体域的温度发生热量的传递交换，互相影响，并通过迭代达到动态平衡。在笛卡尔坐标系中（x, y, z三个方向上）计算域大小分别为200×252×200 µm，即L = W = 200 µm。微孔层的厚度为20 µm，其上布置的裂缝的大小尺寸为10×40 µm，共计五条，将作为水传输的入口边界。脊的尺寸为100×40×200 µm，大小与流道的尺寸相同，因而可以探究脊结构对于整体传热传质过程的影响规律。在气体扩散层的重构过程中，纤维直径为d = 8 µm，孔隙率分布参照东丽TGP-H-060型碳纸。由于微孔层相比较于气体扩散层的孔径是相当致密的，在重构过程中将微孔层整体作为固体域处理，并将微孔层裂缝作为水传输的入口。同时，流道作为水传输过程的排出路径，在重构过程中考虑了流道作为部分计算域。此外，脊不仅对于水传输有重要影响，也对整体的传热过程起到重要的影响作用，因此部分脊也作为重构计算域的一部分。
在一些实施例中，通过确定气体扩散层和围绕气体扩散层的外围部件大小，以及气体扩散层中流道、脊、微孔层的位置关系，得到仿真尺寸，根据仿真尺寸采用随机函数法重构得到气体扩散层的三维多孔几何结构，对三维多孔几何结构和所述外围部件划分网格，得到初始计算域。
具体的，先确定计算区域（是用网格表示的，但是此时网格叫背景网格，还未分类），然后在区域里标记出来哪些网格属于三维多孔几何结构的气体扩散层（重构时所经过的网格区域），哪些属于其他部件，这个是网格的分类、或者是分块过程。
进一步的，采用浸入边界法，具体包括：（1）确定仿真范围，即预估计算域大小；（2）根据纤维直径预估所需网格精度；（3）依照相同坐标关系创建不低于目标网格精度的背景网格；（4）以背景网格为基础转化计算网格，具体的，把背景网格分块，区分开属于气体扩散层的，属于脊的，属于微孔层的。该方法大大提升网格划分效率，降低网格划分难度，而且提升计算效率、保证较高的精度。
进一步的，计算网格为正六面体网格，网格精度大小为1 µm。在过程中首先创建网格精度为1µm、大小尺寸完全覆盖整体计算域的全正六面体背景网格，此后将计算域几何模型浸入其中，并按照流体域、微孔层、脊、流道、碳碳纤维层及内部流体域进行分割区分，形成各自的网格域。可选的，在对网格进行选择时选择一模一样大小的，不需要去除多余的部分。
在一些实施例中，基于压缩力学模型根据预设压缩比率对初始计算域（即为上述网格域）进行压缩，得到标准计算域。
考虑压缩是因为气体扩散层在实际的装配过程中由于预紧力，夹紧力等会发生压缩形变。压缩过程由下述Hooke’s定律控制：
Figure 77133DEST_PATH_IMAGE029
(2-1)
Figure 267942DEST_PATH_IMAGE030
(2-2)
其中，σ,τ, F分别为正应力，剪切应力，体积力，单位为Pa，此外ε是正应变，γ是剪切应变，下标i, j和 k指笛卡尔坐标系的x, y, z三个方向，X i , X j , X k ，则分别表示了力和应变分量的投影方向。ij, ik, jk则代表其中两个坐标轴所形成的坐标系围成的面，应力和应变之间的关系表达为：
Figure 492250DEST_PATH_IMAGE031
(2-3)
Figure 819327DEST_PATH_IMAGE032
(2-4)
其中，λ 为拉梅常数，G 为剪切弹性模量，ϑ为三个方向的正应变之和。λ 和 G 由下述公式计算：
Figure 369257DEST_PATH_IMAGE033
(2-5)
Figure 47363DEST_PATH_IMAGE034
(2-6)
其中，E为杨氏模量，单位为Pa，
Figure 403258DEST_PATH_IMAGE035
为泊松比。在实施过程中需要给定压缩过程所 施加的力的大小，在三维空间里任意一个力都可划分为三个分量，分别作用在物体的上下、 前后、左右三个方向。在三个分量中必会有一个和i, j, k三个方向中的一个重合称为正应 力，另外两个为剪切应力。在实施例中，正应力使得气体扩散层自上而下压缩，即为上下方 向。则剪切应力作用由i, j, k剩余的两个方向决定，即为前后，左右。以公式（2-1）为例，即σ i 为正应力（上下，即从-i方向至i方向，为了方便仅写成i方向），τ ij 和τ ik 为两个剪切应力， 分别作用在ij（前后）和ik（左右）。应变指的压缩变形的程度，即公式（2-2）中的γ ij , γ ik 和γ jk 中分别体现了剪切应力作用下沿ij, ik和jk的形变量情况。上述力学模型反映真实 装配条件下气体扩散层在流道及脊下的变形效果，用于仿真气体扩散层的机械性能优劣， 求解真实变形条件下内部的水热传输状态。
进一步的，压缩力学模型是考虑装配等过程中引起的气体扩散层的结构形变，在本实施例中气体扩散层的压缩比率设置为10%，在计算过程中，所采用的压缩方法是通过在脊施加一个固定的压缩力，如1MPa，同时限制四周由于压缩所导致的位移变形为0，脊及碳纤维的杨氏模量的大小分别给定为13000 Mpa及2100 Mpa，泊松比的大小为0.26。计算该压缩力下引起的压缩比率，如果偏离10%，则进行相应调整重新设置。由于脊对于压缩过程的影响，脊下气体扩散层的变形幅度相比于流道下气体扩散层部分的变形要更为剧烈。现有技术中较少考虑压缩对于液态水传输过程的影响，更忽略了对于水蒸气冷凝传输过程影响。一般来说，压缩会使得GDL的孔隙率减小，孔径也随之减小，从而液态水的突破压力随着压缩比的增大而增大。压缩会引起严重的速度分离现象，与未压缩算例相比，压缩后内部的水蒸气传输倾向集中在部分传输路径，使得整个计算域内的流动分布变得更不均匀。同时在相同的质量流量下，由于压缩引起的孔隙率的降低，使得水蒸气平均的流动速度得到提高。这对于气体扩散层的设计具有重要反馈意义。本申请中的压缩力学模型通过将压缩因素考虑进来，从而可以反映真实装配条件下气体扩散层在流道及脊下的变形效果，不仅可以用于仿真气体扩散层的机械性能优劣，也可进一步用于求解真实变形条件下内部的水热传输状态。
在一些实施例中，构建并根据两相相变模型，计算标准计算域的液相体积分数α、速度U和温度T。
具体的，首先液态水或者水蒸气相变冷凝为液态水后排出气体扩散层，是典型的两相流过程。通过构建两相相变模型，获得各种工况条件及气体扩散层设计参数对于水蒸气相变冷凝传输过程的影响规律；在本申请的技术方案中，采用VOF方法处理两相流问题。传统的VOF方法是基于绝热、不可压缩等假设条件，两相相变模型通过求解相方程、连续性方程、动量方程等实现，如下所示：
所述连续性方程如下公式所示：
Figure 850419DEST_PATH_IMAGE036
(3-1)
所述动量方程如下公式所示：
Figure 305672DEST_PATH_IMAGE037
(3-2)
Figure 471074DEST_PATH_IMAGE038
(3-3)
Figure 37184DEST_PATH_IMAGE039
(3-4)
其中，
Figure 616151DEST_PATH_IMAGE005
表示梯度，
Figure 242304DEST_PATH_IMAGE040
表示散度，ρ表示密度，t表示瞬态时间，U表示所述速度，μ表 示粘度，p表示压力，C, κ分别表示表面张力系数、气液两相界面的平均曲率，g表示重力加 速度，ρl表示水蒸气的密度，ρg表示液态水的密度，μl表示水蒸气的粘度，μg表示液态水的粘 度；
其中，ρ, μ, g，C会在计算开始前给定数值大小，α、p、U会在迭代开始前给定所述计算域的初始值大小及进出口条件，因此数值会随迭代不断更新，κ会根据内部不同位置液态水的实时情况进行计算。
因此，输入液态水和水蒸气的密度和粘度，经过公式(3-4)计算处理后，根据液相的体积分数α的大小，得到计算域内部每个网格内的密度ρ和粘度µ大小。
对于动量方程中表面张力源项的处理采用CSF方法，所述表面张力源项计算公式 为
Figure 895002DEST_PATH_IMAGE041
，此外，平均曲率
Figure 530383DEST_PATH_IMAGE042
用单位面法向向量
Figure 420978DEST_PATH_IMAGE043
的散度
Figure 483612DEST_PATH_IMAGE044
计算，由于对于一个非零 的向量其单位法向向量等于其梯度除以梯度的模。本实施例中，曲面指的是液态水（液滴） 所形成的不规则表面，而α代表了液相的体积分数，因此其梯度为
Figure 358028DEST_PATH_IMAGE045
，梯度的模为
Figure 797099DEST_PATH_IMAGE046
，因 此平均曲率
Figure 73360DEST_PATH_IMAGE042
可以由下述公式计算：
Figure 306895DEST_PATH_IMAGE047
(3-6)
同时，考虑气体扩散层、流道等亲疏水性引起的壁面接触角特点，对于靠近壁面处的网格，其面法向向量调整为：
Figure 668606DEST_PATH_IMAGE048
(3-7)
其中，
Figure 380210DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 510977DEST_PATH_IMAGE050
分别是壁面处的单位法向向量及壁面处的单位切向向量，
Figure 915414DEST_PATH_IMAGE049
即按照公式（3-6）计算的初始
Figure 764421DEST_PATH_IMAGE051
值，
Figure 279716DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 530569DEST_PATH_IMAGE049
的向量乘积等于0，因此得到
Figure 840327DEST_PATH_IMAGE049
便可求出一个
Figure 176631DEST_PATH_IMAGE050
，θ代表接触角大小，根据公式（3-7）便可更新一个新的
Figure 495617DEST_PATH_IMAGE053
值。
通过修改相方程，压力求解过程及添加能量方程，并在此基础上植入相变模型，首先修改相方程如下公式所示：
Figure 600976DEST_PATH_IMAGE054
(4-1)
其中，
Figure 347215DEST_PATH_IMAGE055
表示相变速率，用来表征有多少体积的水蒸气变成了水，所述液相的体 积分数α初始值为0，随机预设所述速度U的初始值，或者所述速度U的初始值和四周、进出口 的值根据仿真所要反映的实际工作条件进行给定；
通过所述修改相方程计算得到所述标准计算域的所述液相体积分数α；
所述添加能量方程如下公式所示：
Figure 639656DEST_PATH_IMAGE056
(4-2)
其中，T代表所述温度，Cp表示流体的热容，k为导热系数，Hfg为水的潜热值；计算开始前根据所要仿真的实际情况，指定内部初始的温度大小以及四周、进出口的温度条件。
在一些实施例中，定义了界面处的相变速率
Figure 762333DEST_PATH_IMAGE057
，如下述公式所示：
Figure 722199DEST_PATH_IMAGE058
(5-1)
其中，M表示流体的摩尔质量，R表示通用气体常数，T sat表示当地的饱和温度，上述参数计算时给定即可。
进一步的，水的潜热也通过温度进行更新：
Figure 639339DEST_PATH_IMAGE059
(5-2)。
利用本方法进行求解时，气液两相传输过程及相变冷凝过程具有清晰的相界面，获得实时的液态水的浸入、排出、分布及冷凝液滴的增长及排出过程。
模型计算域由微孔层、气体扩散层、脊及流道各一部分组成。考虑传热传质的过程，在本研究中微孔层的温度最高，假设脊的温度与冷却流道的温度相同，与微孔层形成了温度梯度。在计算过程中，流体域的边界条件设置为固定速度入口值，水传输的注入速度为0.1 m s-1。同时流道部分设置为压力出口边界，微孔层的底部面和脊的顶部面边界条件为恒壁温。其余的周围面的边界条件设置为对称边界。碳纤维层的壁面接触角大小设置为120度，水进口的温度大小为80 ℃，考虑冷却流道的散热作用等，脊顶面温度设置为40 ℃。，本实施例工况下的其余热物理性质 (T sat= 353.15 K)及参数如表1所示：
Figure 950235DEST_PATH_IMAGE060
图2(a) 为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层每层内的液态水饱和度随时间的变化情况示意图，具体的，给出了2ms、5ms、8ms、18ms下的气体扩散层每层内的液态水饱和度随时间的变化情况，从图2（a）中可以清晰的看出液态水的浸入、积累及排出阶段。这个过程的机理为毛细压力及表面张力的共同影响，相界面由VOF方法进行捕捉，体现液态水的整体分布情况。在开始时（t = 2ms），液态水仅在GDL的初始几层有分布（10层以内），并随着时间慢慢的积累并增长（t = 5ms），这个过程是液态水从底部慢慢浸入气体扩散层的过程。在后期，液态水饱和度的快速下降暗示突破路径的形成，液态水饱和度在突破路径形成后随时间变化达到稳定（18ms），这时内部的液态水含量、分布呈现动态平衡。图2（b）为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层每层内的液态水饱和度随时间的变化情况立体图，如图2(b)所示，可以清晰观察到此时内部的液态水的实时分布状态，其中，图2(b)中下面黑色的块状部分为微孔层、上面的黑色块状部分为脊，如图1所示，其余部分为液态水的形态及分布位置。
现有技术中对于燃料电池水管理的研究重点多集中在流道及气体扩散层液态水传输行为的探讨，忽略了水蒸气的相变过程及传热过程。本申请重的技术方案通过搭建两相相变模型实现了探究各种工况条件及气体扩散层设计参数对于水蒸气相变冷凝传输过程的影响规律。
在一些实施例中，构建并根据流-固耦合模型，迭代更新温度T和液相体积分数α，得到动态平衡的所述液相体积分数α输出。
具体的，构建流-固耦合模型可实现对传热、传质及多物理场耦合过程的求解，对于固体域而言，在数值仿真过程中，通过求解能量方程实现流体域与固体域之间的热量传递，实现温度的动态更新直至平衡。方程如下所示：
Figure 345444DEST_PATH_IMAGE061
(6-1)
其中a为热扩散系数
Figure 159816DEST_PATH_IMAGE062
(6-2)
Figure 513437DEST_PATH_IMAGE063
(6-3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE065A
和
Figure 842787DEST_PATH_IMAGE066
分别表示为界面两侧的温度值，
Figure 307267DEST_PATH_IMAGE067
表示为流体域及固体域的 热导率，n指示为界面处的法相方向。方程4-4表示为界面处对应的通量的数值关系。
所搭建的流-固耦合模型对具有真实结构的碳扩散层、流道、微孔层、脊结构、以及内部流场之间的气液流动、流-固传热的耦合影响进行求解。
进一步的，通过流-固耦合模型，相关参数如表1所示，在每一步求解时，液态水、温度、水蒸气等都会迭代计算更新，从而获得他们之间的实时影响关系，在过程中内部流动和碳碳纤维层、微孔层、脊三个固体域之间会发生热量传递，直至达到动态平衡。
进一步的，在液态水传输过程中，液态水与传热过程是相互耦合影响的。图3根据本申请的一些实施例，示出了液态水传输对于传热过程的影响示意图，如图3所示，存在液态水分布的润湿型的气体扩散层内的温度值要显著高于干燥型的气体扩散层，表明温度分布情况与液态水的分布紧密相关，水传输过程中引起的对流作用在热传递过程中是极为重要的。由于碳纤维的导热系数较高，对于整体的热传递过程，无论在干燥型的还是润湿型的气体扩散层，热传递的主要路径是通过固体的碳碳纤维层导热来实现，但伴随液态水传输过程中的热对流及热传导也具有十分重要的作用。因此本申请中的技术方案获得的结论有助于进一步加深对于水传输及热传递过程的相互作用的认识，对于指导和改善水热管理过程具有一定的理论和实践意义。
图4(a) 为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层内的水蒸气冷凝分布情况示意图，如图4(a)所示，传热过程对于水蒸气冷凝过程具有一定的影响，可以看出水蒸气的冷凝过程在持续发展，而每层的水蒸气饱和度显示出前端轻微波动，在后期逐渐上升的变化趋势。这是因为微孔层底部的温度较高，而脊的温度较低，从而在气体扩散层内形成了由低到高的温度梯度分布，导致水蒸气的冷凝量是前端小、后期大。对于水蒸气的冷凝传输过程而言，气体扩散层内的温度分布对于决定局部冷凝相变过程至关重要，采用本申请方法的 “气-液-固”耦合的方式对水蒸气冷凝过程的意义在于提供更为真实的温度分布情况，实时求解“流-固”耦合模型，实现内部水分布、温度场的同步更新。当不考虑耦合模型时，计算域只考虑流体域而忽略固体域，则固体域内部的导热、流-固之间的耦合传热问题都无法得到求解，冷凝过程仅与当地的碳纤维层的性质有关。图4(b) 为根据本申请的一些实施例示出的气体扩散层内的水蒸气冷凝分布情况立体图，如图4（b）所示，很清晰的发现每层冷凝液滴的分布具有均匀性（图中密集的黑色的球形的小液滴），而不是从下到上递增的形态，体现了本申请方法的“气-液-固”耦合方法的重要性。
本申请提出的燃料电池气体扩散层水-热-质传输的仿真方法，全面考虑了气体扩散层的压缩、流-固耦合传热、液态水的传输、水蒸气的相变过程及他们之间的相互作用等，实现了“气-水-热-力”的综合仿真。充分揭示气体扩散层的水-热-质耦合传输过程，明晰孔隙率分布、压缩特性、温度/润湿性分布不均匀性等各种参数对气体扩散层性能的影响规律。对于燃料电池的三维性能模型物性参数的修正具有指导意义。使得在求解过程中准确捕捉液态水及冷凝水的实时分布及变化形态，并能准确反映气液传输与热量传递间的耦合影响关系，大大提高研发效率，对于气体扩散层的性能优化及产品设计具有重要的指导意义。同时，气体扩散层是燃料电池核心部件中设计研发难度、生产技术壁垒最高的其中之一，开发综合的气体扩散层数值仿真模型具有重要的应用价值。
本领域技术人员能够理解，本公开所披露的内容出现多种变型和改进。例如，以上所描述的各种设备或组件通过硬件实现，也通过软件、固件、或者三者中的一些或全部的组合实现。
以上是对本公开的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本公开的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本公开的新颖教学和优点的前提下对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本公开范围内。应当理解，上面是对本公开的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本公开由权利要求书及其等效物限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
通过确定所述气体扩散层和围绕所述气体扩散层的外围部件大小，以及所述气体扩散层中流道、脊、微孔层的位置关系，得到仿真尺寸；
根据所述仿真尺寸采用随机函数法重构得到所述气体扩散层的三维多孔几何结构，对所述三维多孔几何结构和所述外围部件划分网格，得到初始计算域；
基于压缩力学模型根据预设压缩比率对所述初始计算域进行压缩，得到标准计算域；
构建并根据两相相变模型，计算所述标准计算域的液相体积分数α、速度U和温度T，其中，所述液相体积分数α表示所述标准计算域中液态水的含量和分布，所述速度U表示所述标准计算域中气相和液相两相综合的流动速度，所述温度T表示所述标准计算域中的温度分布；
构建并根据流-固耦合模型，迭代更新所述温度T和所述液相体积分数α，得到动态平衡的所述液相体积分数α输出。
2.按照权利要求1所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于， 所述气体扩散层由多孔结构的碳纤维层堆叠而成；
所述碳纤维层中随机分布着圆柱体状的碳纤维，每层所述碳纤维层中的所述碳纤维直径相同，所述碳纤维在同一所述气体扩散层中相互交叉，不同所述气体扩散层间的所述碳纤维相切。
3.按照权利要求2所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，所述两相相变模型由修正的相方程、连续性方程、动量方程构建，其中，
所述连续性方程如下公式所示：
Figure 364202DEST_PATH_IMAGE001
(3-1)
所述动量方程如下公式所示：
Figure 100077DEST_PATH_IMAGE002
(3-2)
Figure 33398DEST_PATH_IMAGE003
(3-3)
Figure 171118DEST_PATH_IMAGE004
(3-4)
其中，U表示所述速度，g表示重力加速度，
Figure 633324DEST_PATH_IMAGE005
表示梯度，
Figure 122074DEST_PATH_IMAGE006
表示散度，ρ表示密度，t表示瞬态时间，μ表示粘度，p表示压力，C, κ分别表示表面张力系数、气液两相界面的平均曲率，ρl表示水蒸气的密度，ρg表示液态水的密度，μl表示水蒸气的粘度，μg表示液态水的粘度；
通过所述连续性方程和所述动量方程计算得到所述标准计算域的速度U。
4.按照权利要求3所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，
所述修正的相方程包括修改相方程和添加能量方程，并具体包括：
所述修改相方程如下公式所示：
Figure 327927DEST_PATH_IMAGE007
(4-1)
其中，
Figure 320154DEST_PATH_IMAGE008
表示相变速率，用来表征有多少体积的水蒸气变成了水，所述液相的体积分数α初始值为0，预设所述速度U的初始值，
通过所述修改相方程计算得到所述标准计算域的所述液相体积分数α；
所述添加能量方程如下公式所示：
Figure 484419DEST_PATH_IMAGE009
(4-2)
其中，T代表所述温度，Cp表示流体的热容，k为导热系数，Hfg为水的潜热值；
通过所述添加能量方程计算得到所述标准计算域的所述温度T。
5.按照权利要求4所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，
根据如下公式得到所述相变速率
Figure 194886DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 443246DEST_PATH_IMAGE010
(5-1)
其中，M表示流体的摩尔质量，R表示通用气体常数，T sat表示当地的饱和温度，
根据如下公式迭代更新Hfg：
Figure 821138DEST_PATH_IMAGE011
(5-2)。
6.按照权利要求5所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，
在所述流-固耦合模型中，求解所述碳纤维的内部温度分布，并根据所述碳纤维之间的孔隙和所述碳纤维之间的相互影响，迭代更新所述温度T，如下公式所示：
Figure 625146DEST_PATH_IMAGE012
(6-1)
其中，a表示热扩散系数， x表示坐标距离；
在所述流-固耦合模型中，当达到动态平衡时，数值仿真收敛中的温度分布在所述碳纤维域s和所述孔隙域f两相相界面处的数值保持相等，如下公式所示：
Figure 822909DEST_PATH_IMAGE013
(6-2)
Figure 636144DEST_PATH_IMAGE014
(6-3)
其中，T s 表示在所述两相相界面处所述碳纤维域s侧的温度值，T f 表示在所述两相相界面处所述孔隙域f侧的温度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
表示所述孔隙域f的热导率大小，
Figure DEST_PATH_IMAGE018AA
表示所述碳纤维域s的热导率大小，n表示所述两相相界面处的法相方向；
基于所述公式（6-1）、所述公式（6-2）、所述公式（6-3）实现所述温度T的迭代更新；
基于所述温度T的迭代更新和所述修改相方程，所述液相体积分数α进行迭代更新；
输出所述动态平衡下的所述温度T和液相体积分数α。
7.按照权利要求2所述的一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法，其特征在于，采用随机重构得到所述气体扩散层的三维多孔几何结构，具体包括：
确定所述气体扩散层的结构参数，所述结构参数包括所述碳纤维层的长L、宽W、所述碳纤维层的碳纤维直径d；
基于如下公式利用随机函数法生成坐标点A（x 1, y 1, z 1），B(x 2, y 2, z 2)：
Figure 9488DEST_PATH_IMAGE019
（7-1）
Figure 748511DEST_PATH_IMAGE020
（7-2）
Figure 433570DEST_PATH_IMAGE021
（7-3）
Figure 784917DEST_PATH_IMAGE022
（7-4）
Figure 606243DEST_PATH_IMAGE023
（7-5）
Figure 283212DEST_PATH_IMAGE024
（7-6）
其中，Rand_x, Rand_z分别表示所述随机函数生成的用以计算坐标的数值，Rand_θ表示所述随机函数生成的用以计算弧度的值，i表示所述碳纤维的层数；
连接所述坐标点A、B成线C，舍弃所述线C超出所述气体扩散层的长域、宽域部分，并将所述线C按照所述碳纤维的所述直径进行圆柱型膨胀生成一根碳纤维；
重复随机生成多根所述碳纤维，得到一层预期孔隙率的所述碳纤维层，堆叠多层所述碳碳纤维层，得到具有三维多孔结构的所述气体扩散层。
8.一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于通过确定所述气体扩散层和围绕所述气体扩散层的外围部件大小，以及所述气体扩散层中流道、脊、微孔层的位置关系，得到仿真尺寸；
重构模块，用于根据所述仿真尺寸采用随机重构得到所述气体扩散层的三维多孔几何结构，对所述三维多孔几何结构划分网格，得到初始计算域；
压缩模块，用于基于压缩力学模型根据预设压缩比率对所述初始计算域进行压缩，得到标准计算域；
计算模块，用于构建并根据两相相变模型，计算所述标准计算域的液相体积分数α、速度U和温度T，其中，所述液相体积分数α表示所述标准计算域中液态水的含量和分布，所述速度U表示所述标准计算域中气相和液相两相综合的流动速度，所述温度T表示所述标准计算域中流体的温度；
更新输出模块，构建并根据流-固耦合模型，迭代更新所述温度T和所述液相体积分数α，得到动态平衡的所述液相体积分数α输出。
9.一种电子设备，包括：存储器，用于存储由系统的一个或多个处理器执行的指令，以及处理器，是系统的处理器之一，用于执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
CN202210620700.5A 2022-06-02 2022-06-02 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法 Withdrawn CN114707365A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210620700.5A CN114707365A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210620700.5A CN114707365A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114707365A true CN114707365A (zh) 2022-07-05

Family

ID=82177725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210620700.5A Withdrawn CN114707365A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114707365A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115017741A (zh) * 2022-08-05 2022-09-06 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 一种燃料电池气体扩散层的重构方法、装置和电子设备
CN115966738A (zh) * 2022-12-23 2023-04-14 上海理工大学 重现压缩质子交换膜燃料电池内部温度动态响应的方法
CN116070513A (zh) * 2023-02-07 2023-05-05 南京友一智能科技有限公司 一种气体扩散层装配压缩性能预测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106960970A (zh) * 2017-02-23 2017-07-18 天津大学 质子交换膜燃料电池内部水分布预测方法
CN111914414A (zh) * 2020-07-24 2020-11-10 天津大学 质子交换膜电解池三维全电池模型的建立方法
CN113946995A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 上海神力科技有限公司 一种多目标燃料电池冷却流道优化设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106960970A (zh) * 2017-02-23 2017-07-18 天津大学 质子交换膜燃料电池内部水分布预测方法
CN111914414A (zh) * 2020-07-24 2020-11-10 天津大学 质子交换膜电解池三维全电池模型的建立方法
CN113946995A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 上海神力科技有限公司 一种多目标燃料电池冷却流道优化设计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAOKUAN JIAO 等: "Investigations on heat and mass transfer in gas diffusion layers of PEMFC with a gas–liquid-solid coupled model", 《SCIENCEDIRECT》 *
DAOKUAN JIAO 等: "Numerical investigations of vapor condensation and water transport in gas diffusion layers of PEMFC", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER》 *
NIU Z 等: "Two-Phase Flow Dynamics in the Gas Diffusion Layer of Proton Exchange Membrane Fuel Cells_ Volume of Fluid Modeling and Comparison with Experiment", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115017741A (zh) * 2022-08-05 2022-09-06 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 一种燃料电池气体扩散层的重构方法、装置和电子设备
CN115017741B (zh) * 2022-08-05 2022-12-06 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 一种燃料电池气体扩散层的重构方法、装置和电子设备
CN115966738A (zh) * 2022-12-23 2023-04-14 上海理工大学 重现压缩质子交换膜燃料电池内部温度动态响应的方法
CN116070513A (zh) * 2023-02-07 2023-05-05 南京友一智能科技有限公司 一种气体扩散层装配压缩性能预测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114707365A (zh) 一种燃料电池气体扩散层水-热-质传输仿真方法
Van Doormaal et al. Determination of permeability in fibrous porous media using the lattice Boltzmann method with application to PEM fuel cells
Salomov et al. Pore-scale modeling of fluid flow through gas diffusion and catalyst layers for high temperature proton exchange membrane (HT-PEM) fuel cells
Shangguan et al. Effect of the porosity distribution on the liquid water transport in the gas diffusion layer of PEMFC
Shen et al. Performance investigation of PEMFC with rectangle blockages in Gas Channel based on field synergy principle
Ira et al. Effect of wettability heterogeneity and compression on liquid water transport in gas diffusion layer coated with microporous layer of PEMFC
Tayarani-Yoosefabadi et al. Stochastic microstructural modeling of fuel cell gas diffusion layers and numerical determination of transport properties in different liquid water saturation levels
Kim et al. Parametric study on interaction of blower and back pressure control valve for a 80-kW class PEM fuel cell vehicle
Wang et al. Performance enhancement of polymer electrolyte membrane fuel cells with a hybrid wettability gas diffusion layer
Jiao et al. Water transport in the gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cell under vibration conditions
Pourrahmani et al. The impacts of the gas diffusion layer contact angle on the water management of the proton exchange membrane fuel cells: Three‐dimensional simulation and optimization
Li et al. Three-dimensional performance simulation of PEMFC of metal foam flow plate reconstructed with improved full morphology
Shen et al. Numerical investigation of temperature distribution of proton exchange membrane fuel cells at high current density
Masaeli et al. Performance studies of a membrane-based water and heat exchanger using serpentine flow channels for polymer electrolyte membrane fuel cell application
Yu et al. Numerical study and prediction of water transfer in gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cells under vibrating conditions
Liu et al. Numerical effect of random poral microstructures in stacking gas diffusion layers on water transport capability
Jiang et al. Pore scale study of ice melting and multiphase flow in gas diffusion layer with porosity gradient in PEMFC
Afrookhteh et al. Stochastic reconstruction of carbon fiber paper gas diffusion layers of PEFCs: A comparative study
Li et al. Investigation of flow characteristics on porous gas diffusion layer microstructure that generated with binder and polytetrafluoroethylene distribution
Lin et al. Effect of perforated cracks on liquid water in microporous layers by lattice Boltzmann method
Espinoza-Andaluz et al. Impact of water-drop presence on diffusion parameters of PEFC gas diffusion layers
Shimotori et al. Evaluation of gas permeability in porous separators for polymer electrolyte fuel cells: Computational fluid dynamics simulation based on micro-x-ray computed tomography images
Mohsen et al. Enhancing Heat Removal and H2O Retention in Passive Air-Cooled PEM Fuel Cell by Altering the Flow-Field Geometry
Ma et al. Innovative design of an air-breathing proton exchange membrane fuel cell with a piezoelectric device
Capone et al. An ensemble Monte Carlo simulation study of water distribution in porous gas diffusion layers for proton exchange membrane fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220705

WW01 Invention patent application withdrawn after publication