JP2005135814A - Fuel cell simulator, simulation method, simulation program, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池のシミュレーション技術に関し、特に、反応ガスの気液二相流解析に好適な改良技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell simulation technique, and more particularly to an improved technique suitable for gas-liquid two-phase flow analysis of a reaction gas.
燃料ガスの化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置として燃料電池が知られている。燃料電池は高分子電解質膜を挟んで一対の電極(アノード極、カソード極)を配置した単セルを複数積層した構造を成しており、アノード極に燃料ガスを導くためのアノードガスチャンネルと、カソード極に酸化ガスを導くためのカソードガスチャンネルを備えている。ガスチャンネルには電池反応で生じた水、結露によって生じた水、高分子電解質膜から漏出した水などが含まれているため、各セルの発電は均一とはならず、ある程度のばらつきが生じる。燃料電池の発電分布を解析する上で、ガスチャンネルを流れる反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の気液二相流解析は重要な位置付けを占めている。気液二相流解析のような数値流体力学においては、シミュレーション解析に適したシミュレーションモデルを用いて解析を行うのが一般的である。例えば、特開平6−188020号公報には燃料電池システムの動的解析に適したシミュレーションモデルが提案されている。従来の燃料電池発電分布解析用の気液二相流モデルとしては、一般的な気液二相流解析モデルが用いられており、例えば、ボイド率等に基づいてバブル流、スラグ流といった流動状態に分類し、相間摩擦力などを考慮した極めて非線形性の強いシミュレーションモデルを採用していた。
しかし、このような非線形性の強いシミュレーションモデルを用いて気液二相流解析を行うと、取り扱う非線形方程式の数が多くなるため、計算が不安定になりやすく、計算結果が発散して収束解が得られない場合がある。 However, if gas-liquid two-phase flow analysis is performed using such a highly nonlinear simulation model, the number of nonlinear equations handled increases, so the calculation tends to be unstable, and the calculation results diverge and converge. May not be obtained.
そこで、本発明は反応ガスの気液二相流解析をシミュレーション演算する場合に数値演算が発散することなく、確実に収束解を得るための燃料電池シミュレータ、シミュレーション方法、シミュレーションプログラム及び記録媒体を提案することを課題とする。 Therefore, the present invention proposes a fuel cell simulator, a simulation method, a simulation program, and a recording medium for reliably obtaining a convergent solution without causing numerical calculations to diverge when performing a simulation calculation of a gas-liquid two-phase flow analysis of a reaction gas. The task is to do.
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池シミュレータ(10)は、燃料電池のガスチャンネルを流れる反応ガスを気液二相流解析するためのシミュレータであって、反応ガスに含まれる水滴を球体として取り扱って水滴の挙動をラグランジュ的に解析する水滴挙動解析手段(23)を備える。反応ガスを気液二相流解析するにあたり、反応ガスの流動状態がミスト流又はやや大きめの液滴であることに着目し、水滴を球体として取り扱ってラグランジュ的なシミュレーション解析を行うことで、計算が発散することなく、より速くシミュレーション演算を行うことができる。 In order to solve the above problems, a fuel cell simulator (10) of the present invention is a simulator for analyzing a gas-liquid two-phase flow of a reaction gas flowing through a gas channel of a fuel cell, and drops water contained in the reaction gas. Water drop behavior analysis means (23) for handling as a sphere and analyzing the behavior of water drops in a Lagrangian manner is provided. When performing a gas-liquid two-phase flow analysis of the reaction gas, paying attention to the fact that the flow state of the reaction gas is a mist flow or a slightly larger droplet, the water droplet is handled as a sphere and a Lagrangian simulation analysis is performed. The simulation calculation can be performed more quickly without divergence.
本発明の燃料電池シミュレータにおいて、水滴挙動解析手段(23)は複数の水滴の位置座標が一致すると判定した場合には(S25;YES)、複数の水滴を消滅させて、新たに一つの水滴を生成することを条件に水滴の挙動を解析する(S26,S27)のが望ましい。このような条件設定を行うことで、水滴挙動解析の計算負荷を低減できる。 In the fuel cell simulator of the present invention, when the water droplet behavior analyzing means (23) determines that the position coordinates of the plurality of water droplets coincide (S25; YES), the plurality of water droplets are extinguished and one water droplet is newly added. It is desirable to analyze the behavior of water droplets on the condition that they are generated (S26, S27). By setting such conditions, it is possible to reduce the calculation load of water droplet behavior analysis.
本発明の燃料電池シミュレータにおいて、水滴挙動解析手段(23)は水滴の位置座標がガスチャンネルの壁面の位置座標に一致すると判定した場合には(S23;YES)、水滴は壁面において完全弾性衝突を行うものと仮定して水滴の挙動を解析する(S24)のが望ましい。このような条件設定を行うことにより、水滴挙動解析の計算負荷を低減できる。 In the fuel cell simulator of the present invention, when the water droplet behavior analysis means (23) determines that the position coordinate of the water droplet matches the position coordinate of the wall surface of the gas channel (S23; YES), the water droplet causes a complete elastic collision on the wall surface. It is desirable to analyze the behavior of water droplets assuming that it is performed (S24). By setting such conditions, it is possible to reduce the calculation load of water droplet behavior analysis.
本発明のシミュレーション方法は、燃料電池のガスチャンネルを流れる反応ガスを気液二相流解析するためのシミュレーション方法であって、反応ガスに含まれる水滴を球体として取り扱って水滴の挙動をラグランジュ的に解析するステップ(S21〜S29)を備える。反応ガスを気液二相流解析するにあたり、反応ガスの流動状態がミスト流又はやや大きめの液滴であることに着目し、水滴を球体として取り扱ってラグランジュ的なシミュレーション解析を行うことで、計算が発散することなく、より速くシミュレーション演算を行うことができる。 The simulation method of the present invention is a simulation method for gas-liquid two-phase flow analysis of a reaction gas flowing through a gas channel of a fuel cell, and treats the water droplets contained in the reaction gas as a sphere to make the behavior of the water droplets in a Lagrangian manner. Analyzing steps (S21 to S29) are provided. When performing a gas-liquid two-phase flow analysis of the reaction gas, paying attention to the fact that the flow state of the reaction gas is a mist flow or a slightly larger droplet, the water droplet is handled as a sphere and a Lagrangian simulation analysis is performed. The simulation calculation can be performed more quickly without divergence.
本発明のシミュレーション方法において、複数の水滴の位置座標が一致するか否かを判定するステップ(S25)と、複数の水滴の座標位置が一致すると判定された場合には(S25;YES)、複数の水滴を消滅させて、新たに一つの水滴を生成するステップ(S26,S27)を備えるのが望ましい。このような条件設定を行うことで、水滴挙動解析の計算負荷を低減できる。 In the simulation method of the present invention, the step (S25) of determining whether or not the position coordinates of a plurality of water droplets match, and if it is determined that the coordinate positions of the plurality of water droplets match (S25; YES), a plurality of It is desirable to provide a step (S26, S27) of eliminating one water droplet and generating one new water droplet. By setting such conditions, it is possible to reduce the calculation load of water droplet behavior analysis.
本発明のシミュレーション方法において、水滴の位置座標がガスチャンネルの壁面の座標に一致するか否かを判定するステップ(S23)と、水滴の位置座標がガスチャンネルの壁面の位置座標に一致すると判定された場合に(S23;YES)、水滴は壁面において完全弾性衝突を行うものと仮定して水滴の挙動を計算するステップ(S24)を備えるのが望ましい。このような条件設定を行うことにより、水滴挙動解析の計算負荷を低減できる。 In the simulation method of the present invention, the step of determining whether or not the position coordinates of the water droplet match the coordinates of the wall surface of the gas channel (S23), and the position coordinate of the water drop is determined to match the position coordinates of the wall surface of the gas channel. (S23; YES), it is desirable to provide a step (S24) for calculating the behavior of the water droplet on the assumption that the water droplet performs a complete elastic collision on the wall surface. By setting such conditions, it is possible to reduce the calculation load of water droplet behavior analysis.
本発明のシミュレーションプログラム(34)は本発明のシミュレーション方法をコンピュータシステムに実行させるためのコンピュータプログラムである。本発明のシミュレーションプログラムによれば、複雑な気液二相流解析を発散させることなく、コンピュータシステムに安定して実行させることができる。 The simulation program (34) of the present invention is a computer program for causing a computer system to execute the simulation method of the present invention. According to the simulation program of the present invention, a complicated gas-liquid two-phase flow analysis can be stably executed by a computer system without diverging.
本発明の記録媒体は、上述した本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。このような記録媒体として、例えば、半導体メモリ素子(ROM、RAM、EEPROMなど)、磁気記録媒体(フレキシブルディスク、磁気カード等の磁気的にデータの読み取りが可能な記録媒体)、光記録媒体(CD−RAM、CD−ROM、DVD−RAM、DVD−ROM、DVD−R、PDディスク、MDディスク、MOディスク等の光学的にデータの読み取りが可能な記録媒体)などが好適である。これらの記録媒体へのデータの記録形式などは特に限定されるものではない。 The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium that records the above-described simulation program of the present invention. As such a recording medium, for example, a semiconductor memory element (ROM, RAM, EEPROM, etc.), a magnetic recording medium (a recording medium capable of magnetically reading data such as a flexible disk, a magnetic card, etc.), an optical recording medium (CD -RAM, CD-ROM, DVD-RAM, DVD-ROM, DVD-R, PD disk, MD disk, MO disk, and other recording media capable of optically reading data) are preferable. The recording format of data on these recording media is not particularly limited.
本発明によれば、反応ガスを気液二相流解析するにあたり、反応ガスの流動状態がミスト流又はやや大きめの液滴であることに着目し、水滴を球体として取り扱ってラグランジュ的なシミュレーション解析を行うことで、計算が発散することなく、より速くシミュレーション演算を行うことができる。 According to the present invention, in performing a gas-liquid two-phase flow analysis of the reaction gas, focusing on the fact that the flow state of the reaction gas is a mist flow or a slightly larger droplet, the water droplet is handled as a sphere, and a Lagrangian simulation analysis is performed. By performing the above, it is possible to perform the simulation operation faster without causing the calculation to diverge.
以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は本実施形態に関わる燃料電池シミュレータの機能ブロック図である。同図に示すように、燃料電池シミュレータ10は、シミュレーション演算を実行するプロセッサ20と、シミュレーション演算に必要な各種物理モデルやプログラム等を格納するメモリ30と、シミュレーション結果を表示する表示装置40を備えて構成されている。プロセッサ20はメモリ30に格納されたシミュレーションプログラム34を読み取って、これを解釈・実行することにより、ガス流動解析(S11)を実行するガス流動解析手段21、相変化解析(S12)を実行する相変化解析手段22、及び水滴挙動解析(S13)を実行する水滴挙動解析手段23として機能する。メモリ30には気液二相流解析に必要なガス流動解析モデル31、相変化解析モデル32、及び水滴挙動解析モデル33が格納されている。気液二相流解析では複数の物理現象が相互に関係し合っているため、単一のモデルで全てのダイナミクスを記述することは困難である。このような事情から、メモリ30には気液二相流を支配する一定のまとまりのある物理現象毎にシミュレーションモデルを用意している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram of a fuel cell simulator according to the present embodiment. As shown in the figure, the fuel cell simulator 10 includes a processor 20 that executes a simulation calculation, a memory 30 that stores various physical models and programs necessary for the simulation calculation, and a
ガス流動解析モデル31とは反応ガスを気体単相と看做してガスの流れを計算するためのモデルである。実際の電池運転では電池反応の進行に伴って反応ガスは消費されるが、反応ガスの消費を考慮した上で反応ガスの流れを計算すると、計算が非常に複雑になるため、計算の便宜上、ガス消費は無視している。ガス流動解析モデル31は、例えば、レイノルズの輸送定理、運動方程式、エネルギー保存則などの各種物理法則から導かれる物理モデルであり、ガスチャンネルを流れる反応ガスの速度分布、温度分布、ガス密度分布、渦度分布、ガス流向などの動特性が解析できるように記述されている。相変化モデル32とは反応ガスの相変化を計算するためのモデルである。実際の電池運転では電池反応で生じた水、結露によって生じた水、高分子電解質膜から漏出した水などが反応ガスに含まれている。相変化を計算することで、反応ガスを気液二相流として取り扱うことが可能となる。
The gas
水滴挙動解析モデル33とは反応ガスに含まれる水滴の挙動を解析するためのモデルである。流体の流れ現象を記述するナビエ・ストークス方程式に代表されるような物理現象を記述する微分方程式を計算機上で数値的に解くには、空間的、時間的に離散化する必要がある。微分方程式を離散化する上で、連続体を対象にしたオイラー(Euler)系のモデルを採用するアプローチと、流体粒子を対象としたラグランジュ(Lagrange)系のモデルを採用するアプローチが知られている。前者は流体の各部分における物理量(速度、密度、圧力、温度など)が空間的にどのように分布し、またそれが時間的にどのように変動するのかを追跡する手法である。後者は流体を構成する個々の粒子の行動を時間的に追跡する手法であり、質点系の力学を連続体に拡張したものである。本実施形態では、燃料電池における気液二相流の流動状態がミスト流又はやや大きめの液滴に限られることに着目し、従来のようなボイド率等に基づくバブル流、スラグ流といった流動状態の分類や、相間摩擦力などを考慮した非線形性の強いシミュレーションモデルの取り扱いを止め、気液二相流に含まれる全ての水滴をその質量に応じた体積を有する球体として取り扱い、ラグランジュ的にシミュレーション解析を行う。
The water droplet
水滴挙動解析モデル33においては、球体にモデル化された水滴の挙動をラグランジュ的に解析する場合、各々の水滴には3次元空間上の位置座標(X,Y,Z)と、時間tが独立変数として与えられる。各々の水滴の体積は必ずしも一様ではなく、質量に応じた体積を備えている。水滴の挙動解析には質点系の運動力学を適用し、質量保存の法則、運動量保存の法則、及び運動エネルギー保存の法則が成立するものと仮定する。さらに、水滴挙動解析における水滴の消滅・生成は水滴同士の衝突によってのみ生じるものとする。つまり、水滴の消滅は水滴同士の衝突によってのみ起こり、ガスチャンネルなどの壁面に衝突しても水滴は消滅しないと仮定する。また、新たな水滴の生成は水滴同士の衝突によってのみ起きるものとする。このような仮定の下では、複数の水滴が衝突した場合には、衝突した水滴は全て合体消滅し、新たに一つの水滴が生成されることとなる。水滴同士の衝突合体においても、上記3つの法則が成立するものと仮定する。
In the water drop
図4は複数の水滴の衝突合体による新たな水滴の生成過程を示している。同図を参照して、水滴nと水滴mが衝突合体して水滴kが新たに生成される場合を考察する。水滴n,水滴m,水滴kの速度(スカラー量)をそれぞれVn,Vm,Vkとし、質量をそれぞれMn,Mm,Mkとすれば、質量保存の法則により(1)式が成立し、運動量保存の法則により(2)式〜(3)式が成立する。また、運動エネルギー保存の法則により(4)式が成立する。尚、θn,θmはそれぞれ速度Vkを基準とした水滴n,水滴mの入射角度である。速度Vn,Vm,Vkの初期値はガス流から受ける水滴の運動量に応じた値となる。 FIG. 4 shows a process of generating new water droplets by the collision coalescence of a plurality of water droplets. With reference to the figure, the case where water droplet n and water droplet m collide and the water droplet k is newly produced | generated is considered. If the velocity (scalar amount) of water droplet n, water droplet m, and water droplet k is Vn, Vm, and Vk, respectively, and mass is Mn, Mm, and Mk, respectively, equation (1) is established by the law of conservation of mass, and the momentum is stored. Equations (2) to (3) are established according to the above law. Also, equation (4) is established by the law of kinetic energy conservation. Θn and θm are the incident angles of the water droplet n and the water droplet m, respectively, based on the velocity Vk. The initial values of the velocities Vn, Vm, and Vk are values corresponding to the momentum of water droplets received from the gas flow.
Mn+Mm=Mk …(1)
Mn*Vn*cos(θn)+Mm*Vm*cos(θm)=Mk*Vk …(2)
Mn*Vn*sin(θn)=Mm*Vm*sin(θm) …(3)
(1/2)Mn*Vn2+(1/2)Mm*Vm2=(1/2)Mk*Vk2 …(4)
Mn + Mm = Mk (1)
Mn * Vn * cos (θn) + Mm * Vm * cos (θm) = Mk * Vk (2)
Mn * Vn * sin (θn) = Mm * Vm * sin (θm) (3)
(1/2) Mn * Vn 2 + (1/2) Mm * Vm 2 = (1/2) Mk * Vk 2 (4)
図5は水滴とガスチャンネルとの衝突過程を示している。水滴挙動解析モデル33を用いた水滴の挙動解析においては、計算を簡単にするため、水滴とガスチャンネルは如何なる場合も完全弾性衝突を行うものとし、衝突過程において運動量保存の法則が成立するものと仮定する。水滴がガスチャンネルに衝突する場合、実際にはガスチャンネルの壁面に水滴が付着し、或いはより微小な水滴に分裂するなどの現象を起こすが、このような現象をシミュレーション解析するには非常に複雑な計算を要するため、上述のような仮定を設定する。同図に示すように、水滴nが入射角θ1でガスチャンネル50の壁面に衝突すると、水滴nは分割、変形、付着などを起こすことなく、球体の形状を保ちつつ、完全弾性衝突を行い、反射角θ2で跳ね返る。水滴nとガスチャンネル50の壁面の衝突判定は両者の位置座標が一致する場合に「衝突」と判定される。水滴nの入射角度をθ1、反射角度をθ2とし、入射速度をV1、反射速度をV2とすれば、運動量保存の法則により(5)式〜(6)式が成立する。
FIG. 5 shows a collision process between a water droplet and a gas channel. In the water droplet behavior analysis using the water droplet
θ1=θ2 …(5)
V1=V2 …(6)
θ1 = θ2 (5)
V1 = V2 (6)
図2は反応ガスを気液二相流解析するためのメインルーチンを記述したフローチャートである。同ルーチンはシミュレーションプログラム34内に記述されており、プロセッサ20によって解釈・実行される。プロセッサ20はガス流動解析モデル31に基づいて反応ガスのガス流動解析を行い、気体単相でのガスの流れを計算する(S11)。次いで、相変化モデル32に基づいて相変化を計算した後(S12)、水滴挙動モデル33に基づいて水滴の挙動をシミュレーション解析する(S13)。
FIG. 2 is a flowchart describing a main routine for analyzing a gas-liquid two-phase flow of a reaction gas. This routine is described in the simulation program 34 and is interpreted and executed by the processor 20. The processor 20 performs the gas flow analysis of the reaction gas based on the gas
図3は水滴挙動解析のサブルーチンを記述したフローチャートである。同サブルーチンが呼び出されると、まず、変数nに初期値としての1が代入される(S21)。この変数nの値は、S22〜S29のループを1回繰返す毎に1だけカウントアップされる(S29)。さて、変数nの値が定まったならば、プロセッサ20は水滴nの位置座標(Xn,Yn,Zn)を算出する(S22)。次いで、この水滴nがガスチャンネルと衝突しているか否かを判定する(S23)。衝突判定は水滴nの位置座標とガスチャンネルの位置座標が一致しているか否かを判定基準とする。水滴nがガスチャンネルと衝突していると判定されると(S23;YES)、上述した(5)式〜(6)式に基づいて、水滴nの完全弾性衝突後の速度、反射角を計算する(S24)。水滴nがガスチャンネルと衝突してない場合(S23;NO)、又は完全弾性衝突の計算が終了したならば(S24)、水滴nが他の水滴と衝突しているか否かを判定する(S25)。水滴同士の衝突判定は位置座標が一致する水滴が存在するか否かを判定基準とする。水滴nが他の水滴と衝突してないならば(S25;NO)、全ての水滴についての計算が終了したか否かをチェックし(S28)、全ての水滴について計算が終了してないならば(S28;NO)、変数nの値を1だけカウントアップして(S29)、S22に再帰する。一方、水滴nが他の水滴と衝突しているならば(S25;YES)、衝突合体の計算を行う(S26)。ここで、水滴nが水滴m(他の水滴)と衝突合体するものとすると、上述した(1)式〜(4)式の計算が行われる。次いで、水滴nと水滴mを消去した上で水滴kを新たに生成する(S27)。以上の計算ステップが全ての水滴について行われると(S28;YES)、本サブルーチンは終了する。 FIG. 3 is a flowchart describing a subroutine for water droplet behavior analysis. When this subroutine is called, first, 1 is assigned to the variable n (S21). The value of the variable n is incremented by 1 every time the loop of S22 to S29 is repeated once (S29). When the value of the variable n is determined, the processor 20 calculates the position coordinates (Xn, Yn, Zn) of the water droplet n (S22). Next, it is determined whether or not the water droplet n collides with the gas channel (S23). The collision determination is based on whether or not the position coordinate of the water droplet n matches the position coordinate of the gas channel. If it is determined that the water droplet n collides with the gas channel (S23; YES), the velocity and reflection angle after the complete elastic collision of the water droplet n are calculated based on the above-described equations (5) to (6). (S24). When the water droplet n does not collide with the gas channel (S23; NO), or when the calculation of the complete elastic collision is completed (S24), it is determined whether or not the water droplet n collides with another water droplet (S25). ). The determination of collision between water droplets is based on whether or not there is a water droplet having the same position coordinate. If the water droplet n does not collide with other water droplets (S25; NO), it is checked whether or not the calculation for all the water droplets has been completed (S28), and if the calculation has not been completed for all the water droplets. (S28; NO), the value of the variable n is incremented by 1 (S29), and the process returns to S22. On the other hand, if the water droplet n collides with other water droplets (S25; YES), the collision coalescence is calculated (S26). Here, assuming that the water droplet n collides with the water droplet m (another water droplet), the above-described equations (1) to (4) are calculated. Next, water droplets k and water droplets m are erased and water droplets k are newly generated (S27). When the above calculation steps are performed for all the water droplets (S28; YES), this subroutine ends.
このように、本実施形態によれば、反応ガスを気液二相流解析するにあたり、反応ガスの流動状態がミスト流又はやや大きめの液滴であることに着目し、水滴を全て球体として取り扱ってラグランジュ的なシミュレーション解析を行うことで、質点系の運動力学を適用することが可能となる。このような解析手法を採用しても、計算精度は従来のモデルと比較して遜色のないものであることが本発明者のシミュレーション結果より確認されている。本解析手法によれば、非線形性の強い従来のモデルに比べて計算が発散することがなく、計算負荷を低減してより短時間で正確に気液二相流解析を行うことが可能となる。 As described above, according to this embodiment, when performing a gas-liquid two-phase flow analysis of the reaction gas, focusing on the fact that the flow state of the reaction gas is a mist flow or a slightly larger droplet, all the water droplets are handled as a sphere. By conducting Lagrangian simulation analysis, it is possible to apply the kinematics of the mass system. Even if such an analysis method is adopted, it has been confirmed from the simulation results of the present inventors that the calculation accuracy is comparable to that of the conventional model. This analysis method does not diverge the calculation compared to the conventional model with strong nonlinearity, and it is possible to reduce the calculation load and perform the gas-liquid two-phase flow analysis more accurately in a shorter time. .
10…燃料電池シミュレータ 20…プロセッサ 21…ガス流動解析手段 22…相変化解析手段 23…水滴挙動解析手段 30…メモリ 31…ガス流動解析モデル 32…相変化解析モデル 33…水滴挙動解析モデル 34…シミュレーションプログラム 40…表示装置 50…ガスチャンネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell simulator 20 ...
Claims (8)
前記反応ガスに含まれる水滴を球体として取り扱って前記水滴の挙動をラグランジュ的に解析する水滴挙動解析手段を備える、燃料電池シミュレータ。 A fuel cell simulator for gas-liquid two-phase flow analysis of a reaction gas flowing through a gas channel of a fuel cell,
A fuel cell simulator comprising water droplet behavior analysis means for treating water droplets contained in the reaction gas as a sphere and analyzing the behavior of the water droplets in a Lagrangian manner.
前記水滴挙動解析手段は複数の水滴の位置座標が一致すると判定した場合には、前記複数の水滴を消滅させて、新たに一つの水滴を生成することを条件に前記水滴の挙動を解析する、燃料電池シミュレータ。 The fuel cell simulator according to claim 1,
When the water droplet behavior analysis means determines that the position coordinates of a plurality of water droplets coincide with each other, the water droplet behavior is analyzed on the condition that the plurality of water droplets are extinguished and one water droplet is newly generated. Fuel cell simulator.
前記水滴挙動解析手段は前記水滴の位置座標が前記ガスチャンネルの壁面の座標に一致すると判定した場合には、前記水滴は前記壁面において完全弾性衝突を行うものと仮定して前記水滴の挙動を解析する、燃料電池シミュレータ。 A fuel cell simulator according to claim 1 or 2, wherein
When the water droplet behavior analysis means determines that the position coordinates of the water droplet coincide with the coordinates of the wall surface of the gas channel, the water droplet behavior is analyzed on the assumption that the water droplet performs a complete elastic collision on the wall surface. A fuel cell simulator.
前記反応ガスに含まれる水滴を球体として取り扱って前記水滴の挙動をラグランジュ的に解析するステップを備える、シミュレーション方法。 A simulation method for gas-liquid two-phase flow analysis of a reaction gas flowing through a gas channel of a fuel cell,
A simulation method comprising a step of treating a water droplet contained in the reaction gas as a sphere and analyzing a behavior of the water droplet in a Lagrangian manner.
複数の水滴の位置座標が一致するか否かを判定するステップと、
前記複数の水滴の座標位置が一致すると判定された場合には前記複数の水滴を消滅させて、新たに一つの水滴を生成するステップを備える、シミュレーション方法。 The simulation method according to claim 4,
Determining whether or not the position coordinates of the plurality of water droplets match;
When it is determined that the coordinate positions of the plurality of water droplets coincide with each other, the simulation method includes a step of extinguishing the plurality of water droplets and newly generating one water droplet.
前記水滴の位置座標が前記ガスチャンネルの壁面の位置座標に一致するか否かを判定するステップと、
前記水滴の位置座標が前記ガスチャンネルの壁面の位置座標に一致すると判定された場合には前記水滴は前記壁面において完全弾性衝突を行うものと仮定して前記水滴の挙動を計算するステップを備える、シミュレーション方法。 The simulation method according to claim 4 or 5, wherein
Determining whether the position coordinates of the water droplets coincide with the position coordinates of the wall surface of the gas channel;
When it is determined that the position coordinates of the water droplet coincide with the position coordinates of the wall surface of the gas channel, the water drop comprises a step of calculating the behavior of the water drop on the assumption that the water droplet performs a complete elastic collision on the wall surface, Simulation method.
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Cited By (6)
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JP2007305419A (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-22 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack analysis program, analysis device and analysis method |
JP2008176075A (en) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Sound data generation device and program |
JP2013173292A (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Ricoh Co Ltd | Device for measuring liquid droplet amount, method of measuring liquid droplet amount, and method of manufacturing liquid droplet ejection head |
US8620637B2 (en) | 2008-02-12 | 2013-12-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell simulator and fuel cell |
JP2019216085A (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Simulation method for phenomena with phase change |
CN112729611A (en) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 江苏省电力试验研究院有限公司 | Estimation method for internal temperature of energy storage system of lithium ion battery |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007305419A (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-22 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack analysis program, analysis device and analysis method |
JP2008176075A (en) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Sound data generation device and program |
JP4736094B2 (en) * | 2007-01-18 | 2011-07-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Sound data generating apparatus and program |
US8620637B2 (en) | 2008-02-12 | 2013-12-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell simulator and fuel cell |
JP2013173292A (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Ricoh Co Ltd | Device for measuring liquid droplet amount, method of measuring liquid droplet amount, and method of manufacturing liquid droplet ejection head |
JP2019216085A (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Simulation method for phenomena with phase change |
JP7304537B2 (en) | 2018-06-06 | 2023-07-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method and apparatus for simulating phenomenon involving phase change |
CN112729611A (en) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 江苏省电力试验研究院有限公司 | Estimation method for internal temperature of energy storage system of lithium ion battery |
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