[发明专利]一种基于图像处理的PEMFC阴极流道水可视化处理方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的PEMFC阴极流道水可视化处理方法，包括：步骤1，建立质子交换膜燃料电池阴极流道形状的模型；步骤2，对不同阴极流道形状模型进行性能模拟；步骤3，利用3D打印技术打印出不同阴极流道形状的实际模型，先用添加染色剂的蒸馏水分别充满流道的不同高度，并用高速摄像机进行拍摄以及对未注水的空流道模型进行拍摄；步骤4，获得步骤3得到的图像的灰度值，建立灰度值与流道液态水高度和流道高度之间的比值的对应函数关系；步骤5，在相应参数下进行排水实验，得出相应时刻不同阴极流道形状模型的实际排水过程图；步骤6，得出不同阴极流道形状模型的排水效果图以及流道中的含水量。

技术领域

本发明涉及到一种基于图像处理的PEMFC阴极流道水可视化处理方法，具体涉及到一种通过图像处理的方式得到伪彩色图像来评价质子交换膜燃料电池阴极流道排水性能的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)利用氢氧混合反应产生电能，具有低温冷启动性好，无污染，能量转换效率高，可靠性好等诸多优点，被公认为是未来汽车能源的首选方式。根据其工作原理可知产生的水主要聚集在阴极(1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O+热)，若阴极流道排水能力较差，则会产生阴极流道水淹的情况，造成流道堵塞，影响燃料电池整体的传质，降低了其性能，若阴极流道排水能力过快，则易使得燃料电池膜内产生缺水的情况，使得质子交换膜变得干燥，降低了质子传导率，增加了膜的内阻，也带来了燃料电池性能的降低。由此，对于PEMFC阴极水管理的研究变得尤为重要，传统的阴极流道水管理多集中在优化流道结构设计及操作条件等方面，现阶段多运用技术手段来观察流道内水的运动状态从而更真实地反映流道排水情况，如运用可视化观察法，中子成像技术，X射线成像法等。上述技术手段多运用在实验室监测观察方面，对于实验要求及设备有着一定的要求，而本发明在模拟分析的基础上通过实验来分析出流道内液态水的流动过程，再利用图像处理的方式得到伪彩色图像来进一步验证实验过程中模拟分析结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种通过图像处理来分析质子交换膜燃料电池阴极流道排水性能的方法。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现：一种基于图像处理的PEMFC阴极流道水可视化处理方法，包括以下步骤：

步骤S010，建立质子交换膜燃料电池不同阴极流道形状的模型；

步骤S020，对不同阴极流道形状模型进行性能模拟，得出不同阴极流道形状模型的含水量，初步得出不同阴极流道形状模型的排水性能；

步骤S030，利用3D打印技术打印出阴极流道形状的实际模型，搭建由高速摄相机、机器视觉光源、支架组成的实验平台，在正式进行实验之前，先用添加染色剂的蒸馏水分别充满流道的不同高度，并用高速摄像机进行拍摄以及对未注水的空流道模型进行拍摄，此数据作为后续图像处理的标定依据；

步骤S040，对步骤S030得到的图像进行一系列处理，得到灰度图，并建立灰度值与流道液态水高度和流道高度之间的比值的对应函数关系；

步骤S050，在相同进气速度、进水速度下进行排水实验，同时利用高速摄像机拍摄出流道内液态水的流动状态，得出相应时刻阴极流道模型的实际排水过程图；

步骤S060，将步骤S050结果图片先按照步骤S040图片处理的步骤进行处理，然后再对灰度图中灰度值满足一定范围的像素进行伪彩色图像处理，得出阴极流道形状模型的排水效果图以及流道中的含水量。

进一步的，步骤S100中不同阴极流道形状的模型包括1/4圆形堵块阴极流道模型与直流道模型。

进一步的，步骤S300中流道的不同高度包括流道高度的25％、50％、75％、100％。

进一步的，步骤S040中的得到灰度图的具体实现方式如下，