燃料電池陽極氫氣反應(yīng)流場仿真

Fluent仿真燃料電池陽極氫氣流動與消耗反應(yīng)仿真概述：驗證燃料電池多折流道（蛇形流道）陽極流道設(shè)計的流阻，流道分派和熱量分派。燃料電池多折流道（蛇形流道）陽極流道存在水蒸氣和H2混合物通過質(zhì)子互換膜后H2反應(yīng)H2=2H++2e-消耗掉。措施：可采用fluent質(zhì)子互換燃料電池模型進行仿真計算（實際應(yīng)用中網(wǎng)格數(shù)量大，實際應(yīng)用較難）或者簡化后采用fluent單側(cè)催化反應(yīng)。下面簡介一下一種簡樸案例fluent單側(cè)催化反應(yīng)消耗H2的fluent措施模型：燃料電池蛇形流道加反應(yīng)的GDL多孔介質(zhì)層。條件：入口水蒸氣（h2o）質(zhì)量占比15%，H2占比85%，總質(zhì)量（5.2e-6kg/s）。出口背壓為150kPa。實際過程H2消耗量（3.2e-6kg/s）。H2=2H++2e-可類似H2沉降，即H2→H2（沉降↓）。結(jié)論需求：理解消耗過程中不一樣流道壓力損失，H2濃度分布和氣態(tài)水分布。環(huán)節(jié)一網(wǎng)格與模型處理采用SCDM建立模型，運用fluent-meshing繪制網(wǎng)格，盡量保證網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格質(zhì)量好壞影響后續(xù)計算收斂。實際復(fù)雜燃料電池流道收斂較差，注意網(wǎng)格處理。環(huán)節(jié)二fluent計算與參數(shù)設(shè)置1.網(wǎng)格導(dǎo)熱，檢查網(wǎng)尺寸比例與網(wǎng)格質(zhì)量。2.根據(jù)流道尺寸和有關(guān)雷諾數(shù)R值選擇有關(guān)粘度模型，本案例選K-0-SST模型3.啟動組分運送模型，初次選擇氫氣與空氣混合物模型（hydrogen-air）。4.材料設(shè)置：為更改材料將氫氣與空氣混合物模型（hydrogen-air）改為氫氣水蒸氣混合物命名。5.清除選定組分air中的n2o2組分。本次反應(yīng)不考慮其他組分，只考慮h2和水蒸氣組分。（假如刪除不了在，把反應(yīng)中把參與有關(guān)化學(xué)反應(yīng)物刪除）6.新添加一種H2s沉降物和一種催化反應(yīng)物H2-的材料。7.混合物組分中添加這兩種材料8.反應(yīng)屬性中設(shè)置一種反應(yīng)式（表面化學(xué)反應(yīng)），活化能（能量）設(shè)置為0，其他不變9.設(shè)置材料屬性里面的機理，增長一種反應(yīng)催化劑。10.設(shè)置材料屬性密度與比熱，選擇體積重量積分混合平均。（此時混合物參數(shù)設(shè)置完畢）11.設(shè)置流體區(qū)域材料，陽極流道區(qū)域設(shè)置，流體為混合物。12.（重要設(shè)置）設(shè)置GDL區(qū)域，GDL區(qū)域為多孔介質(zhì)，同步也是反應(yīng)區(qū)域。GDL粘性阻力系數(shù)與慣性阻力系數(shù)根據(jù)不一樣GDL材料物性計算，本案例按默認值，孔隙率選擇0.6。13（重要設(shè)置）GDL多孔區(qū)域反應(yīng)物設(shè)置，設(shè)置反應(yīng)機理和表面體積比表面體積比參數(shù)可控制反應(yīng)過程中氫氣消耗量多少本方案設(shè)置100014.設(shè)置邊界條件，壁面邊界條件保證一致，入口設(shè)置為質(zhì)量入口。溫度300k，物質(zhì)設(shè)置H2占比0.8。15.出口邊界為壓力出口，克制回流創(chuàng)立有關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)16.按如下過程創(chuàng)立匯報數(shù)據(jù)。按上面創(chuàng)立環(huán)節(jié)創(chuàng)立進口H2占比匯報定義創(chuàng)立出口H2占比匯報定義創(chuàng)立出口質(zhì)量流量匯報定義創(chuàng)立進口質(zhì)量流量匯報定義創(chuàng)立體現(xiàn)式匯報定義（H2減小量=入口總流量×占比-出口質(zhì)量×占比）17.運行計算（本案例只波及壓