一种燃料电池电堆通道结构的优化方法及其系统与流程

1.本发明涉及燃料电池仿真优化技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆通道结构的优化方法及其系统。


背景技术：

2.燃料电池电堆运行过程中，不仅仅是单电池内部各个流道的流体分配均匀性与电池性能相关联，从电堆公共通道流入各个单电池的流体分配均匀性对电堆运行性能也有着极大地影响。单电池之间的空气和氢气流量分配均匀性差，可能造成单电池之间性能的均匀性产生巨大差异，部分单电池出现严重堵水、单低等现象，影响电堆的稳定运行和整体性能发挥。单电池之间冷却液流量分配均匀性差，可能会造成部分电池产生的热量无法及时的被带走，使得温度过高，烧坏膜电极甚至是双极板，对电堆产生严重损坏。因此，对电堆公共通道结构的优化工作至关重要。
3.由于电堆整堆的成本很高，且可能存在多轮的结构改动，若是采用实验的方法来进行结构的优化，花费的加工时间和费用都很大，因此设计阶段通常采用仿真的方法。整堆几何结构复杂，单电池数量动辄上百甚至超过400块，若是使用原始的三维几何模型来进行仿真计算，以目前的硬件计算资源和能力是很难实现的，加上需要多轮的优化，需要花费的时间和费用不比试验少；若是采用简化后的一维模型去仿真，计算结构的精度又难以保证。
4.现有申请号为2021111572038，公开号为cn114065567a的中国专利公开了一种燃料电池电堆公共歧管结构优化方法，其根据电堆结构中单电池的流场流道尺寸，利用长方体结构模拟构建单电池仿真结构，简化了有限元网格划分时单电池仿真结构的网格量，减少了仿真计算量。然而，本技术通过实际应用研究发现，现有专利仅以单电池仿真结构的流量分配不均匀度以及公共歧管仿真结构的进出口区域总压损作为优化条件，并不能对燃料电池电堆公共通道结构进行高效仿真优化。
5.因此，现有技术还有待于进一步改进和发展。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆通道结构的优化方法及其系统，旨在解决现有燃料电池电堆公共歧管结构优化方法不能对燃料电池电堆公共通道结构进行高效仿真优化的问题。
7.本发明的技术方案如下：一种燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，包括步骤：根据燃料电池电堆的单电池几何结构构建单电池cfd数值计算模型；根据单电池与公用通道的变流通面积结构，基于所述单电池cfd数值计算模型构建单电池cfd多孔介质数值计算模型；根据燃料电池电堆的公用通道几何结构，构建电堆公用通道cfd数值计算模型；根据单电池cfd多孔介质数值计算模型和电堆公用通道cfd数值计算模型，建立单
电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型；根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构进行优化，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足第一目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降满足第二目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第三目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第四目标设计值；当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足第五目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降满足第六目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第七目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第八目标设计值。
8.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv按如下公式计算：，其中，为所述燃料电池电堆第i片单电池的流量；n为所述燃料电池电堆的单电池总片数，为所述燃料电池电堆各单电池的平均流量。
9.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：，其中，为所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的入口平均静压值；为所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的出口平均静压值。
10.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，所述燃料电池电堆中的各单电池流量过量系数不均匀度按如下公式计算：，其中，为所述第i片单电池的流量过量系数；n为所述燃料电池电堆的单电池总片数。
11.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，所述燃料电池电堆中的单电池压
降按如下公式计算：，其中，为第i片单电池的入口静压值，为第i片单电池的出口静压值。
12.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，根据单电池与公用通道的变流通面积结构，基于所述单电池cfd数值计算模型构建单电池cfd多孔介质数值计算模型的步骤包括：所述单电池cfd数值计算模型包括含有流场流道结构的双极板、气体扩散层、微孔层、催化层和质子交换膜；将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的横截面尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型中双极板流场流道结构的横截面尺寸；将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的高度方向尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型计算模型中双极板流场流道结构的深度方向尺寸。
13.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，还包括步骤：对所述单电池cfd数值计算模型的不同工况，给定相应入口流量，获得相应的单电池流场压降，对单电池的计算流阻曲线进行数据分析，拟合速度与压降的函数关系式；根据所述单电池cfd数值计算模型的速度与压降的函数关系式，获得所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的惯性阻力系数和粘性阻力系数。
14.所述燃料电池电堆通道结构的优化方法，其中，根据单电池cfd多孔介质数值计算模型和电堆公用通道cfd数值计算模型，建立单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的步骤包括：将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型设置为多孔介质区域，将所述电堆公用通道cfd数值计算模型设置为流体区域，建立所述燃料电池电堆的单电池-单堆cfd多孔介质数值模型。
15.一种存储介质，其中，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现本发明燃料电池电堆通道结构的优化方法中的步骤。
16.一种燃料电池电堆通道结构的优化系统，其中，包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；所述处理器执行所述计算机可读程序时实现本发明燃料电池电堆通道结构的优化方法中的步骤。
17.有益效果：本发明提供了一种燃料电池电堆通道结构的优化方法，首先基于真实质子交换膜燃料电池的单电池几何结构及其与公用通道的变流通面积结构，分别建立单电池cfd数值计算模型和单电池cfd多孔介质数值计算模型；然后基于所述燃料电池电堆的公用通道几何结构，建立电堆公用通道cfd数值计算模型，进而建立燃料电池电堆的单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型；最后以燃料电池电堆的流量分配变异系数cv，燃料电池电堆入、出口总压降，单电池流量过量系数不均匀度，以及单电池压降作为优化条件，基于单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果实现对所述燃料电
池电堆的入、出口公用通道结构，以及燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行高效优化。
附图说明
18.图1为本发明燃料电池电堆公用通道与单电池连接孔出流图。
19.图2为本发明在单电池气流入口处设置双向延长挡板或单向延长挡板（集体向左延长设置或集体向右延长设置），从而缩小单电池的孔口面积的结构示意图。
20.图3为单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的结构示意图。
21.图4为单电池与公用通道的变流通面积结构示意图。
22.图5为燃料电池电堆中单电池过量系数分布曲线示意图。
23.图6为燃料电池电堆中单电池压降分布曲线示意图。
24.图7为本发明一种燃料电池电堆通道结构的优化系统原理图。
具体实施方式
25.本发明提供一种燃料电池电堆通道结构的优化方法及其系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.计算流体动力学（computational fluid dynamics，cfd）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和热传导等相关物理现象的系统所作出的分析，其可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟并结合图形处理工具可进行结构优化设计。
27.基于此，本发明提供了一种燃料电池电堆通道结构的优化方法，其包括步骤：s100、根据燃料电池电堆的单电池几何结构构建单电池cfd数值计算模型；s200、根据单电池与公用通道的变流通面积结构，基于所述单电池cfd数值计算模型构建单电池cfd多孔介质数值计算模型；s300、根据燃料电池电堆的公用通道几何结构，构建电堆公用通道cfd数值计算模型；s400、根据单电池cfd多孔介质数值计算模型和电堆公用通道cfd数值计算模型，建立单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型；s500、根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构进行优化，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足第一目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降满足第二目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第三目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第四目标设计值；s600、当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足
第五目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降满足第六目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第七目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第八目标设计值。
28.本发明在建立燃料电池电堆的单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型后，以燃料电池电堆的流量分配变异系数cv，燃料电池电堆入、出口总压降，单电池流量过量系数不均匀度，以及单电池压降作为优化条件，基于单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果实现对所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构，以及燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行高效优化。
29.在本发明中，所述第一目标设计值、第二目标设计值、第三目标设计值以及第四目标设计值是为了优化调整所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构而设计的，所述第五目标设计值、第六目标设计值、第七目标设计值以及第八目标设计值是基于入、出口公用通道结构优化调整后对单电池与公用通道的变流通面积结构（即公用通道与单电池连接处的u型缩口的方式）做进一步优化调整而设计的，所述第五至第八目标设计值相比较第一至第四目标设计值，是同一设计变量的更进一步优化目标，其要求更苛刻，满足条件后能够取得的性能更优。
30.本发明以流量分配变异系数cv和电堆入、出口总压降作为燃料电池电堆层面的全局性评价指标，以单电池流量过量系数不均匀度和单电池压降作为单电池层面的关键参数分布均匀性的评价指标，从两个层面指标来对燃料电池电堆通道结构进行优化，本发明提供的评价指标更全面更系统，能够对燃料电池电堆通道结构实现更高效精准地仿真优化。
31.在一些实施方式中，根据燃料电池电堆的单电池几何结构构建单电池cfd数值计算模型。在本实施例中，所述单电池cfd数值计算模型包括含有流场流道结构的双极板、气体扩散层、微孔层、催化层和质子交换膜等部件。所述单电池cfd数值计算模型的双极板将真实流场流道结构考虑在内，建立以实际单电池流场流道结构为物理模型的数值计算模型，可实现分析电池结构设计对电池性能的影响。所述单电池cfd数值计算模型考虑流动、传热、传质、电化学反应，电流传输等守恒模型。
32.在一些实施方式中，对所述单电池cfd数值计算模型的不同工况，给定相应的入口流量，可准确获得相应的单电池流场压降，对所述单电池的计算流阻曲线进行数据分析，拟合速度与压降的函数关系式；对所述单电池cfd数值计算模型的速度-压降曲线进行计算模拟，从而获得所述单电池cfd多孔介质数值模型的惯性阻力系数和粘性阻力系数，为进一步的电堆流体均匀分配计算提供了条件。
33.具体来讲，对所述单电池cfd数值计算模型的流体通道（氢气、空气、水）给定不同过量系数下的入口流量，模拟得到相应的单电池cfd数值计算模型的压降（非实
测流阻），将流量换算为相应入口结构尺寸下的速度值v，并获取不同流量的速度值，根据所述单电池cfd数值计算模型的速度值v，模拟得到不同的速度值v相应的单电池cfd数值计算模型的压降，根据所述单电池cfd数值计算模型的速度与压降的函数关系式。
34.在一些实施方式中，根据所述单电池cfd数值计算模型的速度与压降的函数关系式，获得所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的惯性阻力系数和粘性阻力系数。
35.具体来讲，在流体计算中，将多孔介质区域简化为增加了阻力源的流体区域，简化方式为在多孔区域提供一个与速度相关的动量汇，其表达式为：，式中，为第i（x,y,z）方向的动量方程源项；为速度值；d与c为指定的矩阵，式中右侧第一项为粘性损失项，第二项为惯性损失项。
36.对于均匀多孔介质，则可改写为:，式中，为渗透率，为惯性阻力系数，为粘性阻力系数。此时，矩阵d为。动量汇作用于流体产生压力梯度，，即有，而为多孔介质域的厚度。流体流经所述单电池cfd数值计算模型的速度与压降函数关系式中，，其中。
37.在一些实施方式中，将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的横截面尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型中双极板流场流道结构的横截面尺寸；将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的高度方向尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型计算模型中双极板流场流道结构的深度方向尺寸。
38.在一些实施方式中， 将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型设置为多孔介质区域，将所述电堆公用通道cfd数值计算模型设置为流体区域，建立所述燃料电池电堆的单电池-单堆cfd多孔介质数值模型；对所述燃料电池电堆的单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型进行网格划分；所述燃料电池电堆的单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型中，各单电池阻力压降由单电池cfd多孔介质数值模型等效替代，单电池cfd数值计算模型是由实际的单电池真实几何结构（包含数量繁多的流道、过桥等结构）得到，但将单电池cfd数值计算模型直接应用于单电池-单堆仿真的话，模型会较为复杂，因此计算中需要对单电池cfd数值计算模型进行等效的替代简化，替代简化的结果便是得到单电池cfd多孔介质数值模型。
单电池cfd数值计算模型与单电池cfd多孔介质数值模型的联系，相当于一个黑盒，给定同样的入口流量，可以反馈出相同的压降。
39.具体来讲，本发明将所述燃料电池单电池与公用通道的流通面积设定为100%流通面积，优化调整所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足第一目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降满足第二目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第三目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第四目标设计值。
40.将满足条件的所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构作为标的燃料电池电堆的入口、出口公用通道结构。
41.具体来讲，流体在公用通道内流动时，其静压垂直于侧壁。而公用通道与单电池连接孔处的两侧存在静压差，流体会按垂直于侧壁的方向从孔口流出。根据流体力学理论，由静压差作用产生的流速为：（1）；流体在公用通道内流速为：（2），式中：为公用通道内静压；为公用通道内动压。
42.于是，流体从孔口流出时，其实际流速和出流方向除取决于静压产生的流速和方向外，还受公用通道内流速影响。如图1所示，在公用通道内流速的影响下，孔内出流方向发生偏转，实际孔口出流方向与公用通道轴线间夹角为α。定义孔口面积，孔口垂直流体方向上的投影面积，孔口实际流速v，有：（3）；则有孔口出流流量为：（4），式中为孔口流量系数。通过分析公式（4）可知，要实现单电池间的流体均匀分配，可采取减小孔口面积的措施。
43.本发明对燃料电池电堆的公用通道进行结构改进只是改变公用通道的形状和尺寸，而对燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行改进实际上是采用u型缩口的方式来改变单电池与公用通道连接处的孔口面积，如图2所示，本实施例是通过u型缩口的方式来减小孔口面积，以实现单电池间的流体均匀分配。具体的，在公用通道与各单电池气流入口的连接处，通过在所述单电池气流入口处设置双向延长挡板或单向延长挡板（集体向左延长设置或集体向右延长设置），从而缩小单电池的孔口面积，以实现从公用通道进入的流体均匀分配至各单电池间。
44.更进一步地，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，以使得所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv满足第五目标设计值，所述燃料电池电堆入、出口总压降
满足第六目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池流量过量系数不均匀度满足第七目标设计值，所述燃料电池电堆中的单电池压降满足第八目标设计值。
45.具体来讲，所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的结构示意图如图3所示，其中，图4为单电池与公用通道的变流通面积结构示意图。本实施例将满足上述条件的所述燃料电池电堆的单电池与公用通道变流通面积结构作为标的燃料电池电堆的单电池与公用通道变流通面积结构。
46.在一些实施方式中，所述燃料电池电堆的流量分配变异系数cv按如下公式计算：，其中，为所述燃料电池电堆第i片单电池的流量；n为所述燃料电池电堆的单电池总片数，为所述燃料电池电堆各单电池的平均流量。
47.在一些实施方式中，所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：，其中，为所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的入口平均静压值；为所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的出口平均静压值。
48.在一些实施方式中，所述燃料电池电堆中的各单电池流量过量系数不均匀度按如下公式计算：，其中，为所述第i片单电池的流量过量系数；n为所述燃料电池电堆的单电池总片数。
49.在一些实施方式中，所述燃料电池电堆中的单电池压降按如下公式计算：，其中，为第i片单电池的入口静压值，为第i片单电池的出口静压值。
50.下面通过具体实施例对本发明一种燃料电池电堆通道结构的优化方法作进一步的解释说明：实施例1（a：100%+100%）现将上述优化方法运用到一个600片单电池组成的电堆上，对这样一个电池电堆的通道结构进行仿真计算和分析评价：s1、根据燃料电池电堆的单电池几何结构，利用三维建模软件构建单电池cfd数值计算模型，所述三维建模软件可以为catia软件，但不限于此；s2、将步骤s1中构建的单电池cfd数值计算模型导入网格划分软件中进行网格划
分，得到网格模型并确保网格质量，所述网格划分软件可以为icem软件，但不限于此；s3、将网格模型导入流体计算软件中进行相关模型的选取、边界条件的确定和求解参数的设置，其中，入口边界条件设定如下：对所述单电池cfd数值计算模型的不同工况，给定不同过量系数下相应的单电池入口流量，根据公用通道与单电池流通面积换算得到单电池入口流速，所述流体计算软件可以为fluent软件，但不限于此；s4、模拟计算相应的所述单电池cfd数值计算模型流场压降δp，如表1所示：表1s5、对单电池的计算流阻曲线进行数据分析，拟合单电池cfd数值计算模型的入口流速与压降的函数关系式；；s6、根据步骤s5得到的单电池cfd数值计算模型的入口流速与压降的函数关系式，空气的工作运行条件的密度1.225kg/m
³
，工作运行条件的动力粘度1.79e-05kg/m/s，单电池cfd多孔介质数值模型的有效长度，计算所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的惯性阻力系数和粘性阻力系数，结果如表2所示，其中，，；表2
s7、基于步骤s1构建的单电池cfd数值计算模型，利用三维建模软件构建单电池cfd多孔介质数值计算模型，将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的横截面尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型中双极板流场流道结构的横截面尺寸；将所述单电池cfd多孔介质数值计算模型的高度方向尺寸设置为所述单电池cfd数值计算模型计算模型中双极板流场流道结构的深度方向尺寸；s8、根据燃料电池电堆结构，利用三维建模软件构建燃料电池空气通道流场几何模型，如图3所示为实施例单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的结构示意图；s9、图3中1为燃料电池电堆入口公用通道，设置为流体域；图3中3为燃料电池电堆出口公用通道，设置为流体域；图3中2为600个单电池cfd多孔介质数值计算模型堆叠而成，其几何结构由步骤s7所述获得，设置为多孔介质域，其多孔介质模型参数粘性阻力系数及惯性阻力系数由步骤s6所述获得；s10、将所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型导入网格划分软件中进行网格划分，得到单电池-单堆cfd多孔介质数值计算网格模型并确保网格质量；s11、将所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算网格模型导入流体计算软件中进行相关模型的选取、边界条件的确定和求解参数的设置。其中，入口边界条件设定如下：对所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，给定过量系数为1.7（或其他过量系数）下相应的电堆入口流量；出口边界条件设定如下：压力出口边界；操作压力设置为101325pa；s12、模拟计算相应的所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，对计算结果进行后处理，可获得600个单电池的平均流量：进而计算获得燃料电池电堆的流量分配变异系数cv：经计算结果后处理分析，可得未优化前单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的cv值为5.815%。
51.对结果后处理分析，选取入口公用通道入口边界面，得入口平均静压值；
选取出口公用通道出口边界面，得出口平均静压值，则所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：计算获得燃料电池电堆入、出口总压降=43.441kpa。
52.对计算结果后处理，得到600个单电池的各单电池流量过量系数，最小过量系数未1.602，最大过量系数为1.920；图5为单电池过量系数分布曲线示意图。
53.对计算结果后处理分析，分别选取电堆入口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的入口静压值；分别选取电堆出口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的出口静压值；则所述燃料电池电堆中的各单电池压降按如下公式计算：；图6为燃料电池电堆的各单电池压降分布曲线示意图。
54.表3为实施例1单电池-电堆多孔介质模型静压分布，包含入口公用通道的入口平均静压值和出口公用通道的出口平均静压值；为方便计算，分别选取每20个单电池的入口静压值、每20个单电池的出口静压值及每20个单电池的压降进行统计分析。
55.表3
实施例2（b：50%+100%）当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化。
56.本实施例2通过改变燃料电池电堆入口公用通道与各单电池的交界面流通面积，采用缩口的方式减小气体入口处孔口面积（为最大孔口面积的50%），以实现单电池间的流体均匀分配。
57.图4单电池与公用通道的变流通面积结构示意图。
58.模拟计算步骤同实施例1中s1-s11。
59.s12、模拟计算相应的所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，对计算结果进行后处理，可获得600个单电池的平均流量：
进而计算获得燃料电池电堆的流量分配变异系数cv：经计算结果后处理分析，可得未优化前单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的cv值为3.350%，cv计算值比较实施例1有所降低。
60.对结果后处理分析，选取入口公用通道入口边界面，得入口平均静压值；选取出口公用通道出口边界面，得出口平均静压值，则所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：计算获得燃料电池电堆入、出口总压降=46.150kpa。
61.对计算结果后处理，得到600个单电池的各单电池流量过量系数，最小过量系数未1.650，最大过量系数为1.837。
62.图5为单电池过量系数分布曲线示意图。
63.对计算结果后处理分析，分别选取电堆入口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的入口静压值；分别选取电堆出口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的出口静压值；则所述燃料电池电堆中的各单电池压降按如下公式计算：；图6为燃料电池电堆的各单电池压降分布曲线示意图。
64.表4为实施例2中单电池-电堆多孔介质模型静压分布，包含入口公用通道的入口平均静压值和出口公用通道的出口平均静压值；为方便计算，分别选取每20个单电池的入口静压值、每20个单电池的出口静压值及每20个单电池的压降进行统计分析。
65.表4
经比较分析，通过对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，实施例2的电堆的流量分配变异系数cv、各单电池过量系数分布和各单电池压降相比较实施例1均有所优化。
66.实施例3（c：100%+50%）当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化。
67.本实施例2通过改变燃料电池电堆入口公用通道与各单电池的交界面流通面积，采用缩口的方式减小气体出口处孔口面积（为最大孔口面积的50%），以实现单电池间的流体均匀分配。
68.模拟计算步骤同实施例1中s1-s11。
69.s12、模拟计算相应的所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，对计算结果进行后处理，可获得600个单电池的平均流量：进而计算获得燃料电池电堆的流量分配变异系数cv:
经计算结果后处理分析，可得未优化前单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的cv值为5.521%，cv计算值与实施例1相差不大。
70.对结果后处理分析，选取入口公用通道入口边界面，得入口平均静压值；选取出口公用通道出口边界面，得出口平均静压值，则所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：计算获得燃料电池电堆入、出口总压降=46.839kpa。
71.对计算结果后处理，得到600个单电池的各单电池流量过量系数，最小过量系数未1.609，最大过量系数为1.908。
72.图5为单电池过量系数分布曲线示意图。
73.对计算结果后处理分析，分别选取电堆入口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的入口静压值；分别选取电堆出口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的出口静压值；则所述燃料电池电堆中的各单电池压降按如下公式计算：；图6为燃料电池电堆的各单电池压降分布曲线示意图。
74.经比较分析，采用缩口的方式减小气体出口处孔口面积无法达到对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化的目的，实施例2的电堆的流量分配变异系数cv、各单电池过量系数分布和各单电池压降相比较实施例1变化不大。
75.实施例4（d：40%+100%）当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化。
76.本实施例4通过改变燃料电池电堆入口公用通道与各单电池的交界面流通面积，采用缩口的方式减小气体入口处孔口面积（为最大孔口面积的40%），以实现单电池间的流体均匀分配。
77.图4单电池与公用通道的变流通面积结构示意图。
78.模拟计算步骤同实施例1中s1-s11。
79.s12、模拟计算相应的所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，对计算结果进行后处理，可获得600个单电池的平均流量：
进而计算获得燃料电池电堆的流量分配变异系数cv:经计算结果后处理分析，可得未优化前单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的cv值为2.356%，cv计算值比较实施例1降低明显。
80.对结果后处理分析，选取入口公用通道入口边界面，得入口平均静压值；选取出口公用通道出口边界面，得出口平均静压值，则所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：计算获得燃料电池电堆入、出口总压降=46.478kpa。
81.对计算结果后处理，得到600个单电池的各单电池流量过量系数，最小过量系数未1.662，最大过量系数为1.805。
82.图5为单电池过量系数分布曲线示意图。
83.对计算结果后处理分析，分别选取电堆入口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的入口静压值；分别选取电堆出口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的出口静压值；则所述燃料电池电堆中的各单电池压降按如下公式计算：；图6为燃料电池电堆的各单电池压降分布曲线示意图。
84.经比较分析，通过对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，实施例4的电堆的流量分配变异系数cv、各单电池过量系数分布和各单电池压降相比较实施例1均有较大优化。
85.实施例5（e：33.3%+100%）当所述燃料电池电堆的入、出口公用通道结构经过优化确定后，根据所述单电池-电堆cfd多孔介质数值计算模型的模拟计算结果对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化。
86.本实施例5通过改变燃料电池电堆入口公用通道与各单电池的交界面流通面积，采用缩口的方式减小气体入口处孔口面积（为最大孔口面积的33.3%），以实现单电池间的流体均匀分配。
87.图4单电池与公用通道的变流通面积结构示意图。
88.模拟计算步骤同实施例1中s1-s11。
89.s12、模拟计算相应的所述单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型，对计算结果进行后处理，可获得600个单电池的平均流量：进而计算获得燃料电池电堆的流量分配变异系数cv:经计算结果后处理分析，可得未优化前单电池-单堆cfd多孔介质数值计算模型的cv值为1.579%，cv计算值比较实施例1降低明显。
90.对结果后处理分析，选取入口公用通道入口边界面，得入口平均静压值；选取出口公用通道出口边界面，得出口平均静压值，则所述燃料电池电堆入、出口总压降按如下公式计算：计算获得燃料电池电堆入、出口总压降=46.693kpa。
91.对计算结果后处理，得到600个单电池的各单电池流量过量系数，最小过量系数未1.669，最大过量系数为1.754。
92.图5为单电池过量系数分布曲线示意图。
93.对计算结果后处理分析，分别选取电堆入口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的入口静压值；分别选取电堆出口公用通道与600个单电池的交界面，得各单电池的出口静压值；则所述燃料电池电堆中的各单电池压降按如下公式计算：；图6为燃料电池电堆的各单电池压降分布曲线示意图。
94.经比较分析，通过对所述燃料电池电堆中单电池与公用通道的变流通面积结构进行优化，实施例5的电堆的流量分配变异系数cv、各单电池过量系数分布和各单电池压降相比较实施例1均有所优化。
95.在一些实施方式中，还提供一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现本发明燃料电池电堆通道结构的优化方法中的步骤。
96.在一些实施方式中，还提供一种燃料电池电堆通道结构的优化系统，如图7所示，其包括至少一个处理器（processor）20；显示屏21；以及存储器（memory）22，还可以包括通信接口（communications interface）23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设
的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。
97.此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
98.存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。
99.存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
100.此外，存储介质以及终端设备中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。
101.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。