一种流场传质性能的评价方法和装置与流程

本发明涉及流场传质性能评价的，尤其涉及一种流场传质性能的评价方法和装置。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池(pemfc，proton exchange membrane fuel cell)的是一种将化学能直接转换为电能的能源转换装置，具备效率高以及绿色污染的优势。流场板是燃料电池堆中的关键组件之一，用于引导和分配气体在电池中的流动。流场板的设计影响着单电池内部气-水-热-电-力的多物理场分布。合理的流场板设计可以实现气体在流道中的均匀分布，确保每个单元电池单元都能够充分利用催化剂表面，维持合适的水平衡，避免液态水积聚导致的堵塞和效率降低，实现有效的气体冷却和热量传递，对燃料电池进行有效的水和热管理。

2、以燃料电池的双极板为例，当前双极板的设计主要依赖于实验方法对燃料电池内部进行数据测量，采集实验结果指导设计，而目前燃料电池仿真模型的仿真效率也很难满足商业化大活化面积单电池的仿真需求。目前双极板设计主要关注于气体分配均匀性、压降控制、液态水管理和散热温度控制，直接关注于性能和欧姆损失、活化损失、传质损失，而双极板性能受到气-水-热-电-力多个物理场共同影响，与诸多物理量分布状态相关，现有方法缺乏全面客观的评价标准。

3、因此，如何提高流场传质性能评价的准确性，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种流场传质性能的评价方法和装置，能够提高流场传质性能评价的准确性。

2、本发明实施例提供了以下方案：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种流场传质性能的评价方法，应用于燃料电池的膜电极活性区域面积大于300cm2的流场进行传质性能评价，方法包括：

4、将目标燃料电池的运行工况配置为预设工况，其中，目标燃料电池为待评价流场传质性能的燃料电池；

5、在预设工况下对目标燃料电池的流道流量进行流动性仿真，以获得流动性仿真的流道流量分布的第一评价指标；

6、在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，其中，电化学评价指标至少包括目标燃料电池进行电化学反应的流道流量分布的第二评价指标；

7、根据第一评价指标和电化学评价指标，确定目标燃料电池的流场传质性能。

8、在一种可选的实施例中，在预设工况下对目标燃料电池的流道流量进行流动性仿真，以获得流动性仿真的流道流量分布的第一评价指标，包括：

9、根据流动性仿真的第一目标区域内每个流道的第一流量数据，获得第一数据集，其中，第一目标区域为目标燃料电池的双极板在第一预设范围的中部区域；

10、将第一数据集的第一变异系数确定为第一评价指标。

11、在一种可选的实施例中，电化学评价指标还包括表征目标燃料电池的电流密度分布的第三评价指标；在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，包括：

12、根据电化学仿真的第二目标区域内每个流道的第二流量数据，获得第二数据集，其中，第二目标区域为目标燃料电池的双极板在第二预设范围的中部区域；

13、将第二数据集的第二变异系数确定为第二评价指标；

14、根据电化学仿真的第三目标区域内每个预设位置的电流密度，获得第三数据集，其中，第三目标区域为目标燃料电池的膜电极在第三预设范围的中部区域；

15、根据第三数据集中每个电流密度的变异系数和对应的电密权重，获得第三评价指标；

16、将第二评价指标和第三评价指标确定为电化学评价指标。

17、在一种可选的实施例中，根据第三数据集中每个电流密度的变异系数和对应的电密权重，获得第三评价指标，包括：

18、根据公式获得第三数据集中每个电流密度的第三变异系数ai，其中，xi为第三数据集中对应的电流密度，x为第三数据集的电流密度均值，i为大于1的自然数；

19、根据每个第三变异系数的系数值和预设的电密权重区间，确定每个第三变异系数的电密权重；

20、将每个第三变异系数与对应电密权重的乘积进行累计求解，以获得第三评价指标。

21、在一种可选的实施例中，电化学评价指标还包括表征目标燃料电池的催化层氧气分布的第四评价指标；在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，还包括：

22、根据电化学仿真的第四目标区域内每个预设位置的仿真氧气浓度，获得第四数据集，其中，第四目标区域为目标燃料电池的膜电极催化层在第四预设范围的中部区域；

23、根据公式获得第四数据集中每个仿真氧气浓度的第四变异系数bm，其中，ym为第四数据集中对应的仿真氧气浓度，pkd为每个预设位置对应的理想氧气浓度，m为大于1的自然数；

24、根据每个第四变异系数的系数值和预设的浓度权重区间，确定每个第四变异系数的氧气浓度权重；

25、将每个第四变异系数与对应氧气浓度权重的乘积进行累计求解，以获得第四评价指标。

26、在一种可选的实施例中，电化学评价指标还包括表征目标燃料电池的膜态水分布的第五评价指标；在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，还包括：

27、根据电化学仿真的第五目标区域内每个预设位置的膜态水含量，获得第五数据集，其中，第五目标区域为目标燃料电池的膜电极催化层在第五预设范围的中部区域；

28、根据公式获得第五数据集中每个膜态水含量的第五变异系数cn，其中，zn为第五数据集中对应的膜态水含量，z为第五数据集的膜态水均值，n为大于1的自然数；

29、根据每个第五变异系数的系数值和预设的膜态水权重区间，确定每个第五变异系数的膜态水权重；

30、将每个第五变异系数与对应膜态水权重的乘积进行累计求解，以获得第五评价指标。

31、在一种可选的实施例中，电化学评价指标还包括表征目标燃料电池的流道液态水体积分数的第六评价指标；在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，还包括：

32、根据电化学仿真的第六目标区域内每个流道的液态水含量，获得第六数据集，其中，第六目标区域为目标燃料电池的双极板在第六预设范围的中部区域；

33、将第六数据集中大于含量阈值的液态水含量标记为目标数据，其中，含量阈值为第六数据集的含量均值与第六数据集的标准差之和；

34、将目标数据的数据数量与第六数据集的数据数量的比值，确定为第六评价指标。

35、第二方面，本发明实施例还提供了一种流场传质性能的评价装置，应用于燃料电池的膜电极活性区域面积大于300cm2的流场进行传质性能评价，装置包括：

36、配置模块，用于将目标燃料电池的运行工况配置为预设工况，其中，目标燃料电池为待评价流场传质性能的燃料电池；

37、第一获得模块，用于在预设工况下对目标燃料电池的流道流量进行流动性仿真，以获得流动性仿真的流道流量分布的第一评价指标；

38、第二获得模块，用于在预设工况下对目标燃料电池进行电化学仿真，以获得流场传质性能的电化学评价指标，其中，电化学评价指标至少包括目标燃料电池进行电化学反应的流道流量分布的第二评价指标；

39、确定模块，用于根据第一评价指标和电化学评价指标，确定目标燃料电池的流场传质性能。

40、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器耦接到处理器，存储器存储指令，当指令由处理器执行时使电子设备执行第一方面中任一项方法的步骤。

41、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项方法的步骤。

42、本发明的一种流场传质性能的评价方法和装置与现有技术相比，具有以下优点：

43、本发明的流场传质性能评价方法，通过将待评价流场传质性能的目标燃料电池配置为预设工况，在相同的预设工况下对目标燃料电池的进行流动性仿真和电化学仿真，获得流动性仿真下流道流量分布的第一评价指标，以及流场传质性能的电化学评价指标，电化学评价指标至少包括目标燃料电池进行电化学反应的流道流量分布的第二评价指标，在根据第一评价指标和电化学评价指标，确定目标燃料电池的流场传质性能时，可以更全面客观的评价流场传质性能，应用于燃料电池的膜电极活性区域面积大于300cm2的流场进行评价时，具有较好的适用性，进而提高了该种流场传质性能评价的准确性。