一种双极板流体流动评价方法技术

本发明专利技术提供了一种双极板流体流动评价方法，在双极板开发过程中的电化学分析前，对双极板流体流动进行评价，为优化双极板三维模型提供流体评价标准，使优化的双极板流动均匀、压降合适，保障了双极板性能；本发明专利技术的流体流动评价参数及方法、多参数评价方法使双极板的研发体系化、科学化。本发明专利技术引入无量纲参数流量不均匀度、活性区总压压降占比评价双极板，减少了双极板物理化学参数对流体流动评价的影响。本发明专利技术为优化双极板三维模型提供流体评价标准，便于为电化学分析提供经过优化的模型，节约了项目时间与成本，保证了双极板的正常开发。常开发。常开发。

【技术实现步骤摘要】
一种双极板流体流动评价方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种双极板流体流动评价方法。

技术介绍

[0002]双极板作为燃料电池的核心部件，具有配气、导电、导热、冷却、排水等作用，其性能直接影响燃料电池性能。双极板合理的流体流动能为燃料电池提供均匀的燃料和氧化剂，确保获得均匀的电流密度、对有效的排气、排水也有促进作用。因此怎样评判双极板流体流动非常重要。
[0003]现有质子交换膜燃料电池双极板设计及数值模拟方法，关于流体方面的工作主要是使用流体模拟软件Fluent的PEMFC模块模拟燃料电池的电化学性能，输出功率密度曲线。该方法的双极板流场采用直流场，直流场不用考虑流动均匀性且压降较低，未考虑进出口区及扩散区对流动均匀性及压降的影响。故在做电化学分析之前不用做流场分析，未对双极板流体流动进行评价。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种双极板流体流动评价方法，用于在电化学分析前对双极板流体流动进行评价，便于为电化学分析提供优化模型。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种双极板流体流动评价方法，包括以下步骤：
[0006]S1：对于已建立的燃料电池双极板初版三维模型运用计算流体力学软件制作cfd模型；获取用于计算流场模型的进出口边界数据；
[0007]S2：在燃料电池的额定稳态工况下评价双极板流体流动情况，进行包括总压压降、活性区第i条流道流量不均匀度、总压压降占比、总压极差、总压方差的五个维度的计算；
[0008]S3：判断五个维度的参数的计算值是否满足对应的评价预设值，并按从高到低的权重将总压压降和活性区第i条流道流量不均匀度分为一级，将总压压降占比分为一级，将总压极差和总压方差分为一级，并对双极板流体流动进行评价。
[0009]按上述方案，所述的步骤S2中，进出口边界数据包括进口流量、出口压力。
[0010]按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：
[0011]S21：分别计算双极板空气总压压降Pa、双极板氢气总压压降Ph、双极板冷却液总压压降Pc；
[0012]S22：分别计算双极板空气活性区第i条流道流量不均匀度Uai、双极板氢气活性区第i条流道流量不均匀度Uhi、双极板冷却液活性区第i条流道流量不均匀度Uci；
[0013]S23：分别计算活性区空气总压压降占比Ra、活性区氢气总压压降占比Rh、活性区冷却液总压压降占比Rc；
[0014]S24：分别计算活性区空气总压极差、活性区氢气总压极差、活性区冷却液总压极差
△
Pea、
△
Peh、
△
Pec；
[0015]S25：分别计算刚进入活性区截面流道的空气总压方差D(Pfa)、氢气总压方差D(Pfh)、冷却液总压方差D(Pfc)。
[0016]进一步的，所述的步骤S21中，具体步骤为：
[0017]S211：根据进出口边界数据使用计算流体力学方法分别计算双极板进出口的空气进口总压Pai、空气出口总压Pae、氢气进口总压Phi、氢气出口总压Phe、冷却液进口总压Pci、冷却液出口总压Pce；
[0018]S212：计算空气总压压降Pa＝Pai-Pae，计算氢气总压压降Ph＝Phi-Phe，计算冷却液总压压降Pc＝Pci-Pce。
[0019]进一步的，所述的步骤S22中，具体步骤为：
[0020]S221：设双极板活性区有n条流道，根据进出口边界数据使用计算流体力学方法计算双极板活性区的空气流道流量Qa1、Qa2、
…
、Qan，
[0021]计算双极板活性区的氢气流道流量Qh1、Qh2、
…
、Qhn，
[0022]计算双极板活性区的冷却液流道流量Qc1、Qc2、
…
、Qcn；
[0023]S222：计算活性区空气流道平均流量QVa＝(Qa1+Qa2+
…
+Qan)/n，
[0024]计算活性区氢气流道平均流量QVh＝(Qh1+Qh2+
…
+Qhn)/n，
[0025]计算活性区冷却液流道平均流量QVc＝(Qc1+Qc2+
…
+Qcn)/n；
[0026]计算第i条空气流道流量不均匀度Uai＝(Qai-QVa)/QVa*100％，
[0027]计算第i条氢气流道流量不均匀度Uhi＝(Qhi-QVh)/QVh*100％，
[0028]计算第i条冷却液流道流量不均匀度Uci＝(Qci-QVc)/QVc*100％。
[0029]进一步的，所述的步骤S23中，具体步骤为：
[0030]S231：根据进出口边界数据分别计算总流道数为n的双极板第i条流道活性区的空气总压压降
△
Pvai、氢气总压压降
△
Pvhi、冷却液总压压降
△
Pvci，i＝1,2,
…
,n；
[0031]S232：计算活性区空气平均总压压降
△
Pva＝(
△
Pva1+Pva2+
……
Pvan)/n，
[0032]计算活性区氢气平均总压压降
△
Pvh＝(
△
Pvh1+Pvh2+
……
Pvhn)/n，
[0033]计算活性区冷却液平均总压压降
△
Pvc＝(
△
Pvc1+Pvc2+
……
Pvcn)/n；
[0034]S233：分别计算双极板进出口的空气总压压降
△
Pta、氢气总压压降
△
Pth、冷却液总压压降
△
Ptc；
[0035]S234：计算活性区空气总压压降占比Ra＝
△
Pva/
△
Pta*100％，
[0036]计算活性区氢气总压压降占比Rh＝
△
Pvh/
△
Pth*100％，
[0037]计算活性区冷却液总压压降占比Rc＝
△
Pvc/
△
Ptc*100％。
[0038]进一步的，所述的步骤S24中，具体步骤为：
[0039]S241：在刚进入活性区垂直于流道的方向选取截面，分别计算截面上活性区第i条流道的空气总压Pzai、氢气总压Pzhi、冷却液总压Pzci；
[0040]S242：分别选出进入活性区截面的空气总压最大值Pzai(max)、空气总压最小值Pzai(min)、氢气总压最大值Pzhi(max)、氢气总压最小值Pzhi(min)、冷却液总压最大值Pzci(max)、冷却液总压最小值Pzci(min)；
[0041]S243：计算活性区空气总压极差
△
Pea＝Pzai(max)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对于已建立的燃料电池双极板初版三维模型运用计算流体力学软件制作cfd模型；获取用于计算流场模型的进出口边界数据；S2：在燃料电池的额定稳态工况下评价双极板流体流动情况，进行包括总压压降、活性区第i条流道流量不均匀度、总压压降占比、总压极差、总压方差的五个维度的计算；S3：判断五个维度的参数的计算值是否满足对应的评价预设值，并按从高到低的权重将总压压降和活性区第i条流道流量不均匀度分为一级，将总压压降占比分为一级，将总压极差和总压方差分为一级，并对双极板流体流动进行评价。2.根据权利要求1所述的一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：所述的步骤S2中，进出口边界数据包括进口流量、出口压力。3.根据权利要求1所述的一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：S21：分别计算双极板空气总压压降Pa、双极板氢气总压压降Ph、双极板冷却液总压压降Pc；S22：分别计算双极板空气活性区第i条流道流量不均匀度Uai、双极板氢气活性区第i条流道流量不均匀度Uhi、双极板冷却液活性区第i条流道流量不均匀度Uci；S23：分别计算活性区空气总压压降占比Ra、活性区氢气总压压降占比Rh、活性区冷却液总压压降占比Rc；S24：分别计算活性区空气总压极差、活性区氢气总压极差、活性区冷却液总压极差
△
Pea、
△
Peh、
△
Pec；S25：分别计算刚进入活性区截面流道的空气总压方差D(Pfa)、氢气总压方差D(Pfh)、冷却液总压方差D(Pfc)。4.根据权利要求3所述的一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：所述的步骤S21中，具体步骤为：S211：根据进出口边界数据使用计算流体力学方法分别计算双极板进出口的空气进口总压Pai、空气出口总压Pae、氢气进口总压Phi、氢气出口总压Phe、冷却液进口总压Pci、冷却液出口总压Pce；S212：计算空气总压压降Pa＝Pai-Pae，计算氢气总压压降Ph＝Phi-Phe，计算冷却液总压压降Pc＝Pci-Pce。5.根据权利要求3所述的一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：所述的步骤S22中，具体步骤为：S221：设双极板活性区有n条流道，根据进出口边界数据使用计算流体力学方法计算双极板活性区的空气流道流量Qa1、Qa2、
…
、Qan，计算双极板活性区的氢气流道流量Qh1、Qh2、
…
、Qhn，计算双极板活性区的冷却液流道流量Qc1、Qc2、
…
、Qcn；S222：计算活性区空气流道平均流量QVa＝(Qa1+Qa2+
…
+Qan)/n，计算活性区氢气流道平均流量QVh＝(Qh1+Qh2+
…
+Qhn)/n，计算活性区冷却液流道平均流量QVc＝(Qc1+Qc2+
…
+Qcn)/n；计算第i条空气流道流量不均匀度Uai＝(Qai-QVa)/QVa*100％，
计算第i条氢气流道流量不均匀度Uhi＝(Qhi-QVh)/QVh*100％，计算第i条冷却液流道流量不均匀度Uci＝(Qci-QVc)/QVc*100％。6.根据权利要求3所述的一种双极板流体流动评价方法，其特征在于：所述的步骤S23中，具体步骤为：S231：根据进出口边界数据分别计算总流道数为n的双极板第i条流道活性区的空气总压压降
△
Pvai、氢气总压压降
△
Pvhi、冷却液总压压降
△
Pvci，i＝1,2,
…
,n；S232：计算活性区空气平均总压压降
△
Pva＝(
△
Pva1+Pva2+
……
Pvan)/n，计算活性区氢气平均总压压降
△
Pvh＝(
△
Pvh1+Pvh2+
……
Pvhn)/n，计算活性区冷却液平均总压压降
△
Pvc＝(<...

【专利技术属性】
技术研发人员：田延庆，覃博文，张新丰，
申请(专利权)人：东风汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：