[发明专利]一种仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构及其检测方法

权利要求书

1.一种仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构，其特征在于，包括：反应气体进口、反应气体出口、进气流道场和出气流道场；进气流道场包括进气主流道与进气支流道，出气流道场包括出气主流道与出气支流道，反应气体进口与进气主流道相连，反应气体出口与出气主流道相连，出气流道场分布在进气支流道的末端，呈镜像分布，出气支流道汇集延伸至出气口。

2.如权利要求1所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构，其特征在于，进气流道场根据自然雷电的分级特征及分布规律进行确定，其覆盖范围为90°夹角扇形区域。

3.如权利要求1所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构，其特征在于，进气流道场的流道由多段直流道构成，且多段直流道间的倾角在15°-45°，进气支流道相对于主流道的倾角在30°-90°。

4.如权利要求1所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构，其特征在于，出气流道场沿矩形对角线对称分布，出气流道由直流道构成，分布于矩形双极板边缘与进气支流道端部之间，且进气支流道的端部与同侧出气流道存在间隙。

5.如权利要求1所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构，其特征在于，进气流道场与出气流道场的截面形状均为矩形，高度为1mm，非分支位置的流道宽度为1mm，分支位置的流道宽度为1～2mm。

6.一种如权利要求1所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、设计仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构；

步骤2、建立仿雷电分级式燃料电池双极板及质子交换膜燃料电池的三维几何模型；

步骤3、对仿雷电分级式燃料电池的几何模型进行网格划分；

步骤4、对仿雷电分级式燃料电池及双极板流场性能进行模拟；

步骤5、提取仿雷电分级式燃料电池及双极板流场性能数据，基于性能模拟数据对不同双极板流道场结构进行分析。

7.如权利要求6所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构的检测方法，其特征在于，步骤2中，建立仿雷电分级式燃料电池双极板及质子交换膜燃料电池的三维几何模型具体为：使用Rhino三维建模软件对仿雷电双极板流场结构的二维模型进行建立，采用挤出、拉伸、布尔运算方法建立仿雷电分级式燃料电池双极板及其流场结构的三维几何模型，其中流场结构与双极板表面流道结构的几何模型紧密接触；根据质子交换膜燃料电池不同组件的尺寸及双极板结构，建立具有不同结构尺寸的气体扩散层、催化层、质子交换膜的三维立方体几何模型；其中，阴极气体扩散层(4)和阳极气体扩散层(8)与具有流道结构的阴极双极板5和阳极双极板(7)的一侧接触，以实现双极板流道中反应气体的稳定扩散；阴极气体扩散层(4)和阳极气体扩散层(8)的背侧与阴极催化层(3)和阳极催化层(9)接触，以实现反应气体进入催化层进行反应；阴极催化层(3)和阳极催化层(9)的背侧与质子交换膜(6)接触，以实现反应过程中氢离子由阳极迁移至阴极；最终各部件通过几何装配的方式进行装配连接，并导出step格式的质子交换膜燃料电池的三维几何模型。

8.如权利要求6所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构的检测方法，其特征在于，步骤3中，对仿雷电分级式燃料电池的几何模型进行网格划分具体为：将step格式的燃料电池几何文件导入ICEM，对几何模型进行拓扑检查，修复几何中存在的问题，建立初始块，按照计算域进行分块，按照燃料电池的不同部件以及边界条件分别对块和几何模型进行组分建立，根据几何模型的结构特征对块进行分割和关联；设置几何网格的生成参数，建立燃料电池的网格模型，并根据几何模型的网格质量对网格参数进行调整，网格质量符合模拟条件后将网格转化为非结构网格，以应用于Fluent模拟运算；最后输出msh格式的网格文件，并导入到Fluent进行燃料电池及双极板流道场性能的模拟计算。

9.如权利要求6所述的仿雷电分级式燃料电池双极板流道场结构的检测方法，其特征在于，步骤4中，对仿雷电分级式燃料电池及双极板流场性能进行模拟具体为：将燃料电池的msh文件导入Ansys中的Fluent模块，打开质子交换膜燃料电池模块，并设置燃料电池模拟参数，如下表：

具体参数表