[发明专利]质子交换膜燃料电池双极板流场参数设计的数值模拟方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池双极板流场参数设计的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立双极板冲压过程的力学模型，根据力学模型采用有限元软件建立三维模型，对双极板冲压成形过程进行数值模拟，根据成形极限图和板料减薄情况，预测和消除成形极限图中的起皱和破裂缺陷，从而得到以最佳成形工艺和安全为目标的流场尺寸范围；

2)对质子交换膜燃料电池的模拟参数进行全局定义，包括双极板的材料、双极板流场形式、双极板尺寸、燃料电池各部分的物性参数以及边界条件；

所述双极板尺寸根据步骤1)的流场尺寸范围选取获得；

所述物性参数包括阳极、阴极在电化学模型中所需要的电导率、初始极化电压和交换电流密度，燃料电池双极板在传热模型中需要的密度、比热和导电系数，燃料电池双极板在传质模型中需要的孔隙率、渗透率；

所述边界条件包括气体的进口速度、质量分数、扩散系数、气体初始温度和压强；

3)根据实际的模拟对象，绘制燃料电池模型，包括：构造燃料电池几何三维模型，划分网格，指定边界类型和区域类型；

3.1)构造燃料电池几何模型，按照尺寸分别绘制两流场、三流场、四流场单电池模型，再将这些独立的单元组合在一起，最终成为一个完整的三维模型；

3.2)划分网格，当进行网格划分时，首先要确定的是网格的类型，分为结构网格和非结构网格；

3.3)指定边界类型和区域类型，对单电池模型各部分进行指定和命名，并对各部分进行物性定义；

4)使用流体模拟软件Fluent中的PEMFC模块进行燃料电池输出进行性能模拟，包括：

启动求解器，选择三维模型模拟计算；

将由Gambit或其他绘图软件绘制好的单电池模型以及网格导入Fluent；

对燃料电池模型进行相关参数的设定；

所述相关参数包括：开路电压，电池运行温度，热导率、电导率、接触电阻；

指定燃料电池的电流值或电压值，进行流场初始化，迭代计算，以电池性能为优化目标的双极板流场设计。

2.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2)中流场形式为直流场。

3.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3)中当进行网格划分时，首先要确定网格的类型，然后依据一定的比例对单电池几何模型进行网格的划分，其中，流场部分网格划分密度为其他网格的1至4倍。

4.根据权利要求3所述的数值模拟方法，其特征在于，所述网格的类型为结构网格。

5.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中迭代计算次数大于等于300次。

6.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，质子交换膜燃料电池运行时的操作温度为338K，操作压力为1atm。