[发明专利]一种燃料电池发动机三维热管理仿真方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池发动机三维热管理仿真方法，属于燃料电池热管理技术领域。包括如下步骤，建立燃料电池发动机热管理系统，分别建立大循环系统和小循环系统的三维流体域模型；分别建立大循环系统和小循环系统的多个公共面以获得各自的共节点网格；将大循环系统和小循环系统的三维流体域模型分别进行离散化处理；通过Ansys Fluent软件建立大循环系统和小循环系统离散后的材料层热属性模型；建立大循环系统和小循环系统的零部件的数学模型；输入零部件的边界条件，以进行仿真求解计算。该仿真方法的分析结果更加直观、方便，简化了热管理系统模型，计算周期短、仿真精度高，且能够有效地评估流阻、温度的变化以及流量的分布。

技术领域

本发明涉及燃料电池热管理技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机三维热管理仿真方法。

背景技术

设计合理的热管理系统对燃料电池发动机的设计至关重要，能够在前期开发过程中提前掌握和优化热管理系统的温度分布和流阻特性。现有技术中常采用一维集成热管理仿真方法，但存在分析结果不够直观、方便；此外，一些热管理仿真方法采用水泵、节温器、散热器等关键零部件的复杂模型，研究压力和流量的动态变化以及温度随时间的动态变化，其计算周期较长，仿真精度较低，无法有效评估流阻、温度的变化以及流量的分布。

发明内容

本发明的目的在于提出一种燃料电池发动机三维热管理仿真方法，该仿真方法的分析结果更加直观、方便，简化了热管理系统模型，计算周期短、仿真精度高，且能够有效地评估流阻、温度的变化以及流量的分布。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机三维热管理仿真方法，包括以下步骤：

S1，建立燃料电池发动机热管理系统，所述燃料电池发动机热管理系统包括大循环系统和小循环系统；

S2，分别建立所述大循环系统和所述小循环系统的三维流体域模型；

S3，分别建立所述大循环系统和所述小循环系统的多个公共面以获得各自的共节点网格；

S4，将所述大循环系统和所述小循环系统的所述三维流体域模型分别进行离散化处理；

S5，通过Ansys Fluent软件建立所述大循环系统和所述小循环系统离散后的材料层热属性模型；

S6，通过Ansys Fluent软件建立所述大循环系统和所述小循环系统的零部件的数学模型；

S7，输入所述零部件的边界条件，以进行仿真求解计算。

可选地，所述燃料电池发动机三维热管理仿真方法还包括步骤S8，研究分析仿真计算结果，判断分析温度及流阻特性是否合格，如果不合格，需重新设计所述热管理系统模型，重复步骤S2-S7直至合格。

可选地，在步骤S1中，所述电池发动机热管理系统包括电堆、水泵、电控三通阀、散热器、限流阀、去离子装置和加热器，所述电堆、所述水泵、所述加热器和所述限流阀依次连通，所述限流阀和所述电堆之间的第一导通管路上串联有所述去离子装置，其中所述水泵的一个出口连通所述加热器的入口，所述水泵的另一个出口连通所述电控三通阀的入口，所述电控三通阀的一个出口通过第二导通管路连通至所述第一导通管路，所述电控三通阀的另一个出口与所述第二导通管路之间设置有所述散热器。

可选地，在步骤S2中，根据真实管路抽取流道模型，同时简化冗余的管路分支以及接口，从而得到所述三维流体域模型。

可选地，在步骤S3中，所述公共面为十二个面，所述十二个面包括所述水泵、所述电控三通阀、所述散热器、所述去离子装置、所述加热器和所述限流阀的出口面和入口面。

可选地，在步骤S4中，对所述共节点网格进行划分，设置管路流通边界层，并进行网格质量检查。