买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：上海理工大学

摘要：本发明涉及一种燃料电池氢渗过程数值模拟方法，方法包括：S1：构建包含功能层的燃料电池多物理场耦合模型；S2：分析电池内部氢渗过程，建立氢渗过程子模型；S3：基于数值方法，联合求解耦合模型和氢渗过程子模型，模拟给定负载下电池内部氢渗过程；S4：基于求解得到的结果分析给定负载下氢渗时空分布特征。与现有技术相比，本发明具有揭示氢气在质子交换膜内部传递过程特征及时空分布等优点。

主权项：1.一种燃料电池氢渗过程数值模拟方法，其特征在于，方法包括：S1：构建包含功能层的燃料电池多物理场耦合模型；S2：分析电池内部氢渗过程，建立氢渗过程子模型；S3：基于数值方法，联合求解燃料电池多物理场耦合模型和氢渗过程子模型，模拟给定负载下电池内部氢渗过程；S4：基于求解得到的结果分析给定负载下氢渗时空分布特征；S1中，功能层包括阳极双极板、阳极气流道、阳极扩散基底层、阳极微孔层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极扩散基底层、阴极水流道以及阴极双极板；S2的具体步骤为：分析电池内部氢渗过程，构建氢渗过程质量衡算方程，在氢渗过程质量衡算方程中分析阳极催化层孔隙中氢气进入离聚物的溶解过程、溶解氢在催化层内离聚物以及质子交换膜中对流和扩散输运过程以及到达阴极催化层后与氧气发生化学或电化学反应生成水的过程引起的质量变化，从而建立氢渗过程子模型；氢渗过程质量衡算方程为： 其中，表示溶解氢浓度，t表示时间，表示溶解氢有效扩散系数，表示溶解氢气流速，表示催化层孔隙中氢气溶解到离聚物中的源项，Sr,diss表示溶解氢和氧气反应源项；氢气有效扩散系数通过下式计算： 其中，εm表示催化层中离聚物体积分数，τ表示曲节因子，fv表示离聚物中水体积分数，DH2,w表示氢气在纯水中有效扩散系数，通过下式求解： 其中，"R"表示气体常数，"T"表示温度； 的计算遵循达西定律，如下式所示： 其中，Kr表示液态水通过膜的水力渗透系数，表示液态水动力黏度，P表示压力； 描述了氢气从气相溶解到离聚物中的源项，通过下式求解： 其中，kdiss表示传质系数，表示饱和溶解氢浓度，其求解过程遵循亨利定律： 其中，表示催化层孔隙中氢气分压，表示氢气在纯水中的溶解度，通过下式求解： Sr,diss描述了溶解氢发生氧化反应的源项，通过下式计算： 其中，kr表示反应速率常数，遵循Butler-Volmer反应动力学，通过下式求解： 其中，表示参比交换电流，aPt表示有效比表面，F表示法拉第常数，表示参比氢气浓度，ηcross表示过电位；基于数值方法，联合求解燃料电池多物理场耦合模型和氢渗过程子模型的具体步骤为：通过燃料电池多物理场耦合模型计算给定负载下的膜水浓度、温度、液态水压力以及氢气分压变量，联合氢渗过程子模型中扩散系数、流速及源项方程进行求解，数值方法的具体方法为：有限体积法或有限元法或有限差分法或格子玻尔兹曼方法；求解得到的结果具体为：催化层离聚物和质子交换膜中溶解氢浓度和或氢渗通量时空分布；基于求解得到的结果分析给定负载下氢渗时空分布特征采用的方法为图像分析法或灵敏度分析法或多元线性回归分析法；氢渗时空分布特征包括离聚物和质子交换膜中氢气浓度空间分布、离聚物和质子交换膜中氢气浓度随时间波动、氢渗通量空间分布以及氢渗通量随时间波动。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 上海理工大学 一种燃料电池氢渗过程数值模拟方法