【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池气体扩散层三维重构领域，特别是涉及一种基于三维形态学的燃料电池气体扩散层粘结剂重构方法、装置及存储设备。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，pemfc)因其具有高能量密度、高工作转化效率、低工作温度且环保等诸多独特的优势，被视为当前最有前景的可以替代传统化石能源的能源转化装置。目前，pemfc在某些国家和地区已经被广泛应用于各种供能设备中，如汽车、固定和便携式发电系统等。其中，气体扩散层(gas diffusionlayer，gdl)作为质子交换膜燃料电池中尺寸最大的多孔介质(如图1所示)，主要负责传输反应气体、导出电子、排出生成物水，因此深入研究gdl的微观结构并了解其内部的传输特性对于提高pemfc的性能和耐久性十分关键。
2、目前，获得gdl三维微结构的方法主要有2种，“图像合成法”和“随机重构法”。其中，“图像合成法”主要使用x射线断层摄影术(xct)或聚焦离子束(fib)或电子扫描显微镜(sem)的手段得到多幅二维图像，然后对这些二维图像进行处理并整合起来得到材料的微观几何构造，但是该方法成本较高，且受到图像技术空间分辨率和各相分辨能力的限制，xct无法通过阈值分割区分出碳纸中的碳纤维和粘接剂，难以准确评价gdl性能，特别是gdl的导热/导电性；同时在孔隙率一定的情况下，添加更多的粘结剂会增加孔隙相的扭曲度，从而降低gdl的有效扩散系数。而“随机重构法”则是通过使用随机数字发生器、构成材料的几何分布统计信息并设置一系
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种气体扩散层粘结剂重构方法、装置及存储介质，其基于三维形态学对重构纤维骨架进行膨胀，并进行粘结剂侵蚀；在保证重构模型核心参数相同的情况下，具有时间、经济成本低、参数可调、摆脱样本限制、可自行设计等优点，同时具有更广泛的适用性。
2、为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种气体扩散层粘结剂重构方法，其包含如下步骤：s1、创建气体扩散层随机重构的纤维骨架的外包围盒，将外包围盒离散为若干个体素，所述体素的种类包括空体素和纤维骨架体素；
3、s2、遍历外包围盒内的所有体素，根据体素值信息判断每个体素的种类，将位于纤维骨架表面的纤维骨架体素数据记为纤维等值面体素并存储为第一数组，将空体素数据存储为第二数组；s3、对纤维等值面体素进行三维形态学膨胀，遍历第一数组，以第一数组中的每个所述纤维等值面体素为膨胀中心，以膨胀半径rd进行膨胀，将位于膨胀半径rd内的所有空体素设置为粘结剂体素；s4、对步骤s3获得的粘结剂体素进行三维形态学侵蚀，遍历第二数组，以第二数组中的每个所述空体素为侵蚀中心，以侵蚀半径ed进行侵蚀，判断在侵蚀半径ed内是否存在纤维等值面体素，若不存在纤维等值面体素，则将小于侵蚀半径ed的粘结剂体素设置为空体素；s5、判断所述粘结剂体素的体积分数或质量分数是否满足要求值；若不满足，则重复步骤s3和/或步骤s4，直至粘结剂体素的体积分数满足要求值。
4、优选的，步骤s2中判断纤维骨架体素是否位于纤维骨架表面的判断标准为：判断每个所述纤维骨架体素周围的26个体素，若存在一个以上的空体素，则该纤维骨架体素位于所述纤维骨架表面，将该纤维骨架体素记为所述纤维等值面体素。
5、可选的，若步骤s5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数大于要求值，则增大侵蚀半径ed，重复步骤s4。
6、可选的，若步骤s5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数小于要求值，则减小侵蚀半径ed，重复步骤s3～步骤s4。
7、优选的，步骤s3具体包括如下步骤：
8、s31、以第一数组中的任一纤维等值面体素id[x,y,z]为膨胀中心，膨胀半径为rd，遍历{x,y,z|x-rd≤x≤x+rd,y-rd≤y≤y+rd,z-rd≤x≤z+rd}膨胀范围内的第一体素；
9、s32、分别计算在膨胀范围内的每个第一体素id[x1,y1,z1]与步骤s31中的膨胀中心id[x,y,z]之间的第一距离d1，设向量两个体素之间的第一距离当第一距离d1小于膨胀半径rd，且第一体素值为空体素时，将该第一体素设置为所述粘结剂体素；
10、s33、重复步骤s31～步骤s32，直至遍历完第一数组中的所有纤维等值面体素。
11、优选的，当所述侵蚀形状为球形时，步骤s4具体包括如下步骤：
12、s41、以第二数组中的任一空体素id[x2,y2,z2]为侵蚀中心，侵蚀半径为ed，遍历{x,y,z|x2-ed≤x≤x2+ed,y2-ed≤y≤y2+ed,z2-ed≤x≤z2+ed}侵蚀范围内的第二体素；
13、s42、分别计算在侵蚀范围内的每个第二体素id[x3,y3,z3]与步骤s41中的侵蚀中心id[x2,y2,z2]之间的第二距离d2，设向量两个体素之间的第二距离当侵蚀半径ed内无纤维等值面体素时，将第二距离d2小于侵蚀半径的粘结剂体素设置为空体素；
14、s43、重复步骤s41～步骤s42，直至遍历完第二数组中的所有空体素。
15、优选的，当所述侵蚀形状为圆盘形时，步骤s42还包括：判断第二体素id[x3,y3,z3]与侵蚀中心id[x2,y2,z2]的方向向量与圆盘方向向量是否垂直；当侵蚀半径ed内无纤维等值面体素时，且第二体素id[x3,y3,z3]与侵蚀中心id[x2,y2,z2]的方向向量与圆盘方向向量垂直时，将第二距离d2小于侵蚀半径的粘结剂体素设置为空体素。
16、优选的，当所述侵蚀形状为圆盘形时，且所述圆盘的方向向量对步骤s3获得的粘结剂体素沿z方向进行二维形态学侵蚀，步骤s4具体包括如下步骤：
17、s401、遍历z＝z平面内所有体素，将z＝z平面内的空体素数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，步骤S2中判断纤维骨架体素是否位于纤维骨架表面的判断标准为：判断每个所述纤维骨架体素周围的26个体素，若存在一个以上的空体素，则该纤维骨架体素位于所述纤维骨架表面，将该纤维骨架体素记为所述纤维等值面体素。
3.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，若步骤S5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数大于要求值，则增大侵蚀半径ED，重复步骤S4。
4.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，若步骤S5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数小于要求值，则减小侵蚀半径ED，重复步骤S3～步骤S4。
5.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
6.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，当所述侵蚀形状为球形时，步骤S4具体包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，当所述侵蚀形状为圆盘
8.如权利要求7所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，当所述侵蚀形状为圆盘形时，且所述圆盘的方向向量对步骤S3获得的粘结剂体素沿Z方向进行二维形态学侵蚀，步骤S4具体包括如下步骤：
9.一种气体扩散层粘结剂重构装置，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一所述的气体扩散层粘结剂重构方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一所述的气体扩散层粘结剂重构方法。
...【技术特征摘要】
1.一种气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，步骤s2中判断纤维骨架体素是否位于纤维骨架表面的判断标准为：判断每个所述纤维骨架体素周围的26个体素，若存在一个以上的空体素，则该纤维骨架体素位于所述纤维骨架表面，将该纤维骨架体素记为所述纤维等值面体素。
3.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，若步骤s5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数大于要求值，则增大侵蚀半径ed，重复步骤s4。
4.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，若步骤s5中判断的粘结剂体素的体积分数或质量分数小于要求值，则减小侵蚀半径ed，重复步骤s3～步骤s4。
5.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，步骤s3具体包括如下步骤：
6.如权利要求1所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，当所述侵蚀形状为球形时，步骤s4具体包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的气体扩散层粘结剂重构方法，其特征在于，当所述侵蚀形状为...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆叶，
申请(专利权)人：数智氢芯南京新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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