燃料电池阳极反应流场仿真

Fluent仿真燃料电池阳极氢气流动与消耗反应仿真概述：验证燃料电池多折流道（蛇形流道）阳极流道设计的流阻，流道分配和热量分配。燃料电池多折流道（蛇形流道）阳极流道存在水蒸气和H2混合物经过质子交换膜后H2反应H2=2H++2e-消耗掉。方法：可采用fluent质子交换燃料电池模型进行仿真计算（实际应用中网格数量大，实际应用较难）或者简化后采用fluent单侧催化反应。下面介绍一下一个简单案例fluent单侧催化反应消耗H2的fluent方法模型：燃料电池蛇形流道加反应的DL多孔介质层。条件：入口水蒸气&2o）质量占比15%，H2占比85%，总质量（5.2e-6kg/s）。出口背压为150kPa。实际过程H2消耗量（3.2e-6kg/s）。H2二2H+2e-可类似H2沉降，即H2—H2（沉降J）。结论需求：了解消耗过程中不同流道压力损失,H2浓度分布和气态水分布。步骤一网格与模型处理

采用SCDM建立模型，利用fluent-meshing绘制网格，尽量保证网格质量，网格质量好坏影响后续计算收敛。实际复杂燃料电池流道收敛较差，注意网格处理。步骤二fluent计算与参数设置1.网格导热，检查网尺寸比例与网格质量。fiiL*：3£:~.\：迭项t=D调日1,0115^-04a,45?3e-0F：i.4?aae-D79&9SE-O9fiiL*：3£:~.\：迭项t=D调日1,0115^-04a,45?3e-0F：i.4?aae-D79&9SE-O91,3016^-06sag9皿93『口58,3DKe-OE：1.45S6e-D79rO874e-Cfl1,时4156£90?.7574£?-05a.i4i2e-0B1.4S156-07SrKOSe-™i.aaoTB-ac■卿'ESEC/■钢<■:•理恋里力•-■=套套26(121616Jb]&JbJbJbJbJb16IBJ6套5087,1141i&-a55,805fe-0F；l=DIE：ae-D7I,7gi2g-O62.根据流道尺寸和相关雷诺数R值选择相关粘度模型，本案例选K-0-SST模型「玄耳r博向程菅里H目户自宅点祐JR*«井有$*WrE■❹显示...目1T3-.ffi球EI:FU♦仲,F—-1:”:....启履4■■<*)■■-:：~-二E...咤善援国悟.一一.-.■；：：，.F噂•:目，型僚---.忙置型峋印i*0顷||4+用鲫亩M...口：普拱匡蛔.--.「■-曰踪黑理fi■L由-KTastflC'iW-T..51.)①-:i.:"■J-l"■■■■-::i:■:..*祐X1'投始部矢t)炊t■1井xi：)q女顽41.dTzfT..4梆aj■盘Eultrian®面税M(关田]^e-l-.^FiUJ-.■?3Eg；:巷：：•■••-日!ti7-K：li.---□E5馅1云栏.、•FT面-"濯恰E爻；中fr+JK%EL：r邮:-.-1/"□槌甲Mtt无粘filphib_int.芝恭15口(Laqri)Jc-eT5iJ.ML(2sqn)*>-cau：ix怆eqti>我世k-kl-caiA>£3.qp)0.S2fieti>_xnf崎桥知T网wJ0.09舌谱由力,：I3K-7芒gR匡白:田宓值斗〔溢：，力眼区Ai眼〔hesj".由捏，：LE；＞Al□.1]Brta_i{[^3jD.ffTBk-gW里哽母SiuidhidB.h.zl<3b»]0.0926CEEO■BSLTKECf^3>Ftaidil##Sj7LL1SIKEC^-S>PtciidtLV(T~Lciw-Re-CcE§1溟WlratwiiPrandtli建1Rn曲童IS.正折演粮正SDEFrandtl*1】1曲珂Qd山HMfiKritQ-LAUFiddXVPioductinnLinittr峻户自定妄的治.I更fn.-.'li~wwflls?.■-TT:ft.rt■I启妒3.启动组分运输模型，初次选择氢气与空气混合物模型(hydrogen-air)。iSS■引fn：".(B瞄出开]2>'■■I-::E，I,啊」，头L.拓&]1’•遍心闭B*a勺村「■>I]危岬81制■>.T■,I、W.益Ewg州：T|，l：脚电而毗孑电新关0n:*应W+E时+口IE，』r一亦史IEJ.f:EBE好pJ./国心二•,一*QiYNE^riB[■Dn.t-Huc-rijnurreF•筋重而;眼:s:项Tr：i25'：ja:ni2:：!•顷15!用:ttlifS4-njAQirsrE扩祯嘘里恒陌完墨的多铤份扩iftFinit^Batc/PoTCIFinite^Katp/EddjrlDijsipaticn,Ed4y-td5cip>itinnEddr-Disfiip-itinnCat^oept3V1X^2l.2\fbjffnt\flupnt21.2.O\\Lsal\dataAXthecniodb4.材料设置：为更改材料将氢气与空气混合物模型(hydrogen-air)改为氢气水蒸气混合物命名。5.去除选定组分air中的n2o2组分。本次反应不考虑其他组分，只考虑h2和水蒸气组分。（如果删除不了在，把反应中把参与相关化学反应物删除）6.新添加一个H2s沉降物和一个催化反应物H2-的材料。7.混合物组分中添加这两种材料r~s~i•5做排列却料hydxocflrirvatfliniBtute■1■-铜化学玄Flwrit:Rn+ltt化字式_)hydr□gcn-satw'[_F1蚁据耳一一..Grant=anon?—用户自走建数据库8.反应属性中设置一个反应式（表面化学反应），活化能（能量）设置为0,其他不变

■-回aaji>.R£E■-■sa档KMl3lUT!Hll'lOfil?9.设置材料属性里面的机理，增加一个反应催化剂。国］MUSSMMMMtl■:■-回aaji>.R£E■-■sa档KMl3lUT!Hll'lOfil?9.设置材料属性里面的机理，增加一个反应催化剂。国］MUSSMMMMtl■:<w,-¥jri:»c-'*旧片口5我肯州火乎」reaxiLtfri.EF51tiS：WIin精语成囱—ft£..an.三译蜀牢……与d力官,BflUE!tt±.....忏料干■■悄的艮Ek?设置材料属性密度与比热，选择体积重量积分混合平均。（此时混合物参数设置完成）设置流体区域材料，阳极流道区域设置，流体为混合物。

盅点IS祖迎l关闭）an响美m垃釜询）期5色西亍白血:釜）n碰理gAM•AN■与ft瞄thgsbdD£1-XDL>E«-UHl-UUM-UfJ._QZ771.21T-：-■-D41-SASTii27B1.2H-3AM•AN■与ft瞄thgsbdD£1-XDL>E«-UHl-UUM-UfJ._QZ771.21T-：-■-D41-SASTii27B1.2H-3■-Q41-SS33-SI17P]■-D4]-OO55»-D7r『.】dIMn.M如LU-25]_g堪国顾顼itCMi»jitati^f4i；iiLjf4-iXjital；l^>2B1g虾叫1伽ted^nld=2丘Ititsffia^-inrSliCnTisrter;0=1169.1&1Wffflf-^l：llT3LrTisrtofjd-lir^AD至5伸:*BS<t+建Eki■史MF^LrfchydrogeFunsterCr灿Tk<&QSsaBftmcSRi）调时[细4咐响毒EultfijraSfift肉珥间瞩旭《亍电徵关）I电藏的E*a孤*猝国体saBftmcSRi）调时[细4咐响毒EultfijraSfift肉珥间瞩旭《亍电徵关）I电藏的E*a孤*猝国体"£iMUtUIT-OfhydragECH^ter£lhyi如曜n£fWjtf!-V-ip0&估回h2--□三田部且兰即idid=15]I=□醐嘉-一EfiJ.ffiralM=i5二仙ftraLM=M•■肚出口：；叫由t（pre泡1倬-口州欧略■我-日F®日a>gd!l.hterfcr;ld=冬）iiLerfoi—-3?^5ijrilfifot.甘=11闵h值血i-qdlllTS的翊麻id=ll?a-:AJZICHetijriiti-fiftv-Het.H=27）a■更涌□寻173]万陶-且力rtM区博名林a-lLiil-jhdT.1确-Jm顺顺皿幅唉国力£H项I"]13（主要设置）GDL多孔区域反应物设置，设置反应机理和表面体积比表面体积比参数可控制反应过程中氢气消耗量多少本方案设置00区坷名称一二：】也舀折hyrir-^nnL-.it-'-T军辑i¥,住当互孙区EH区河流厅7无■:“|格.二.r11亍至国矽&国矽&14.设置边界条件，壁面边界条件保证一致，入口设置为质量入口。温度300k，物质设置H2占比0.8。ihSI-fig-ihSI-fig-褫BHCItiw：tin4uns超;5速/初.白化裹压LPa]QMWF4+①牙回M*QiMi>:■：■-BtfSSWKft-O边祢件*二室面%:■:出口::flutlei(pressure-QuUet,.Fd=2S)%□咱口-an-gdl(Fnterfor;id=2B]曰interior—-ant35CnterTa;H=1169)Ornb=rfar—gdl:1173(TntEriar;fd=1172Jf二AUCFnliat(mj'ES-flnw-fnlQt,Fd=27)7

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残差图氢气减少量氢气减小量统计图species-niass-flousuimiarysurface-int&ijrrals/syst已印"species-niass-flousuimiarysurface-int&ijrrals/syst已印"vo1i-mie一integrals/已1ernent-mass-flowfluxes/forces/modifi已d-sett.ing/path-line-si.mmiaryprint-histograiapr□ject.ed-surface-ar已日reference-values/sirciu1ati□n-reports//repoEt>spspeci已(h2h2o)zoneZi