[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

摘要

本发明涉及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，该方法首先使用Dynaform对双极板的冲压成型性进行模拟分析，得出合适的冲压成型范围，接着以此为依据进行燃料电池双极板的流场设计，最后使用CFD软件对质子交换膜燃料电池输出性能进行模拟，得出性能最好的双极板流场尺寸。本发明将质子交换膜燃料电池性能数值模拟与燃料电池双极板冲压成型模拟相结合，最终得到一种优化的双极板流场尺寸，使得燃料电池具有较好的输出性能和安全性能，本发明方法大大降低了流场设计的成本，简化了实验研究，节约了大量时间和成本，提高了数值模拟的实际应用性。

主权项

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；所述合金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；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。