[发明专利]一种双极板流体性能仿真方法和装置

说明书

本发明涉及双极板流体仿真技术领域，具体涉及一种双极板流体性能仿真方法和装置。该方法包括：采用交叉管结构作为流体通道，分别组建双极板的氢气、空气和冷却液的流体域结构，构建出双极板的流体域结构模型；对双极板的流体域结构模型进行流体仿真计算，获取双极板的流体性能参数。本发明采用局部一维的交叉管结构作为双极板的流体域中的流体通道，精简了流体域中流体运动维度，降低了流体域结构模型的复杂度，从而可直接基于各流体通道进行仿真计算，避免了采用体网络划分计算，提高了燃料电池中双极板的流体性能仿真效率。

技术领域

本发明涉及双极板流体仿真技术领域，具体涉及一种双极板流体性能仿真方法和装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)凭借其绿色、高效的特点，被视为21世纪最有发展前景的新能源之一。PEMFC在实际工作中性能受反应气体分配均匀性影响，强化双极板气体传输效应可以有效提高电池性能，进而提高电堆性能；同时不合理的气体分配会导致电化学反应不均，导致电池、电堆性能下降，甚至可能引起关键材料部件性能衰退、寿命缩短。所以提高双极板气体传输能力，保证电池、电堆反应气体分配均匀，是提高电池电堆电性能及使用寿命的有效措施。

双极板在结构尺寸上较为宏观，但仍没有完全可以满足要求的板型.不合理流场板设计导致反应气体分配不均、进而引起电流密度、温度等物理场分布不均，以及膜润湿状态不均，极易引起膜电极局部失效，直接影响电池堆的耐久性。因此，合适的满足均匀性的双极板流场是燃料电池流场板设计中的一个非常重要的指标。随着计算机的发展，计算机辅助设计在设计中所占比重逐渐增大，目前双极板流动均匀性判断往往先通过计算机进行设计仿真，但是双极板结构尺寸很小、流场细密、结构复杂，为获得较准确的仿真结果需要耗费大量的计算资源及时间进行计算，导致成本急剧增加，不能满足项目开发过程中的要求。

因此，如何提高燃料电池中双极板的流体性能仿真效率，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双极板流体性能仿真方法和装置，以提高燃料电池中双极板的流体性能仿真效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种双极板流体性能仿真方法，所述方法包括：

采用交叉管结构作为流体通道，分别组建双极板的氢气、空气和冷却液的流体域结构，构建出所述双极板的流体域结构模型；

对所述双极板的流体域结构模型进行流体仿真计算，获取所述双极板的流体性能参数。

在一种可能的实施例中，所述流体域结构均包括进口区结构、进口扩散区结构、流道区结构、出口扩散区结构和出口区结构。

在一种可能的实施例中，所述分别组建双极板的氢气、空气和冷却液的流体域结构，包括：

采用交叉管结构作为流体通道，分别搭建所述进口区结构的第一进口交叉管结构和第一出口交叉管结构；

在所述第一进口交叉管结构和所述第一出口交叉管结构之间，搭建至少一级第一中间交叉管结构，组建所述进口区结构；其中，所述第一进口交叉管结构经各级所述第一中间交叉管结构连通所述第一出口交叉管结构；所述第一出口交叉管结构同一级的所述第一中间交叉管结构互相连通；

采用交叉管结构作为流体通道，分别搭建所述出口区结构的第二进口交叉管结构和第二出口交叉管结构；

在所述第二进口交叉管结构和所述第二出口交叉管结构之间，搭建至少一级第二中间交叉管结构，组建所述出口区结构；其中，所述第二进口交叉管结构经各级所述第二中间交叉管结构连通所述第二出口交叉管结构；所述第二出口交叉管结构同一级的所述第二中间交叉管结构互相连通。