[发明专利]一种燃料电池数值模拟方法、设备及介质

权利要求书

1.一种燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

建立宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型；

将宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型进行耦合；

设置计算域的边界条件；

对宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型进行验证和求解；

对有序化电极的氧传输特性进行评估。

2.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，采用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、气体组分守恒方程、电子守恒方程及质子守恒方程建立宏观尺度燃料电池模型。

3.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述宏观尺度燃料电池模型包括：

二次电流分布模块，用于模拟电化学反应；

两相水传输模块，用于模拟水的蒸发和冷凝两相变化；

气体物质传输模块，用于模拟多孔介质中氢气、氧气的扩散；

离聚物水传输模块，用于模拟跨膜水传输和相应的离聚物的质子电导率；

传热模块，用于模拟计算欧姆热和反应热带来的不均匀温度场。

4.根据权利要求3所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，将宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型进行耦合的步骤，包括：

将电流密度、催化剂层内体相氧浓度、液态水含量有关的离聚物厚度、水膜厚度作为输入，耦合至微观尺度局部氧传输模型；

将微观尺度局部氧传输模型中的铂表面氧浓度耦合至二次电流模块中，计算电化学反应速率和交换电流密度。

5.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述边界条件包括：计算域阴极氧气流道指定氧气初始值和狄利克雷边界条件、计算域阳极氢气流道指定氢气初始值和狄利克雷边界条件、计算域阴极极板指定电势边界条件、计算域阳极极板指定电接地边界条件。

6.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述对宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型进行验证和求解的步骤，包括：

设置有限元网格，对宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型进行验证和求解，求解的工况包括：极限电流条件和非极限电流条件。

7.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述对有序化电极的氧传输特性进行评估的步骤，包括步骤：

根据宏观尺度燃料电池模型和微观尺度局部氧传输模型，计算有序化电极局部氧传质过程中的氧气浓度；

根据极限电流法和对数归一化氧传输阻力方法，计算常规电极和有序化电极的氧传输阻力。

8.根据权利要求1所述的燃料电池数值模拟方法，其特征在于，所述微观尺度局部氧传输模型用于描述氧气分子的微观传输过程，所述氧气分子的微观传输过程包括：

氧气从催化剂层的孔隙溶解至液态水的界面传输过程；

氧气在液态水中的扩散传输过程；

氧气在液态水至离聚物的界面传输过程；

氧气在离聚物中的扩散传输过程；

氧气在离聚物中的扩散。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1-8中任一项所述的数值模拟方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其为计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-8中任意一项所述的数值模拟方法。