CFD-ACE+在燃料电池设计中的应用

1、CFD-ACE+在燃料电池设计中的应用 能源 交通运输 电子 燃料电池设计师怎样燃料电池的优化设计？ 以下是有关燃料电池设计的问题，您注意到了吗： 压强、温度以及流动率如何影响电池性能？ 怎样的流体冷却速率可以使电池保持恒定的温度？ 空气的相对相对湿度如何影响电池的性能？ 电池工作时温度最高的部分在什么地方？ 膜/催化剂层的最优设计厚度是多少？ 电池工作时热弹性应力最集中的地方在哪儿？ 电池工作时产生多少水气，它们到哪里去了？ 您想知道答案吗？我们为您提供了 ESI CFD Inc 公司研发的先进计算流体力学和多物 理场软件 CFD-ACE+,它将为您的燃料电池设计创造理想的环境，包括概念设计

2、，实际性能 分析，以及具体优化，而且无论是整体设计还是局部优化，它都能积极胜任。 CFD-ACE+具有以下突出的优点： 它高度集成并整合了燃料电池设计中用到的基础物理模型：流动、热和质量传递， 电流传递，催化剂层的电化学以及热应力； 所有功能通过用户界面（GUI）使得用户完全可控； 催化剂层的电化学模型使用了双电压公式建模； 不需要用户自行定义； 具有内置膜模型； 扩展的内部参数化和优化工具。 原子交换膜燃料电池（PEMFC） CFD-ACE+具有按照 PEM 燃料电池物理基础进行严格建模的独有功能。CFD-ACE+能 够帮助燃料电池设计工程师深入研究以下 PEM 电池相关问题： 膜的水合作用

3、，水（液态水或水蒸气）的形成与传递； 相对湿度，温度以及压强对电池性能的影响； 膜电极组合中多区域内的过压以及欧姆损失； 多孔、扭曲，催化剂掺入以及其他膜电极组合属性对电池性能的影响。 固体氧化物燃料电池（SOFC） 由于高温和陶瓷电解液的影响，固体氧化物燃料电池的设计有其固有的难点， CFD-ACE+针对 SOFC 提供了理想的多相物理环境进行概念设计，具体分析以及整体优化： 几何与操作条件对电池性能的影响； 温度分布以及热应力； 燃料电池堆栈排列及系统整体功能； 燃料使用过程中的效率分析。 caeda 直接甲醇燃料电池（DMFC） 直接甲醇燃料电池利用膜作为电解液，直接由液体甲醇产生电流，

4、避免了燃料转化。 CFD-ACE+针对 DMFC 提供了理想的多相物理环境进行概念设计，具体分析以及整体优化： 电解过电压损失和极化反应； 能量密度和温度分布； 甲醇透过作用； 膜对阴极催化剂的毒化作用； 催化剂的使用。 总结：我们提供的解决方案 流体流动 电化学 毛细作用 热和质量传递 过电压损失 热弹性应力 完全并行化设计分析 膜模型 CFD-ACE+针对燃料电池建模的其他功能： 完全多孔介质流动模型，包括空间压缩而导致的流动加速，各向异性的线性和（或） 非线性阻抗引起的压力损失； 热和质量在多孔介质中的传递，包括分散扭曲作用的影响； 电化学在催化层的作用，应用双电压公式。活性的催化剂层并

5、没有收缩为一个表面， 而仍旧保持立体状态。此外还包括应用完整的 Butler-Volmer 方程描述小孔尺寸的 作用和催化剂载入的动力学过程； 内建了膜模型； 后处理形成了集中的电压电流特性，且没有其他额外计算。可以很方便的使用数 据创建极化曲线； 使用了完全的 Stefan Maxwell 方程描述核素传输，对多孔区域可作出合适的修改； 在设想的孔催化剂离聚物界面处，通过反应扩散平衡来细致地描述在催化剂层 的不同种类的化学反应，而且可以体现反应现象中关键参数的影响，如催化剂的载 入过程以及孔的尺寸； 通过求解有关液体饱和度的一个独立的传输方程，可以描述 PEMFC 中液态水的传 递。包括压强、表面张力、电掺激发器牵引以及重力等对液体传递状态的影响，还 包括液态水对水蒸气扩散的阻碍作用。 ESI 公司是世界工业产品数值模拟研究以及软件研发的杰出代表。它创建于 1988 年， 总部位于法国巴黎，拥有强大的研发队伍，其产品已经得到世界范围内的认可。全球使用 ESI 公司软件和服务的有六百多个国际性的集团公司，如洛克希德-马丁，波音, Caterpillar, 克勒斯勒,福特汽车, Ballard Power,通用, 宝马,霍尼维尔, 惠普, IBM, 英特尔等.ESI CFD Inc. 是 ESI 公