使用CFD-ACE+的流量模拟提高了燃料电池设计的鲁棒性

巴拉德使用ESI CFD-ACE+软件包括其PEMFC模块，以执行燃料电池的全面3D模拟。完整的堆栈模型太大而无法运行，因此Ballard创建了几种不同的型号，该公司用来在不同尺度上优化燃料电池性能。必威老虎机下分技巧

一项关键任务是设计歧管，以平衡所有单元行之间的质量流并优化压力下降。这需要一个大型模型，该模型不需要考虑单个单元格中流量的细节。首先，通过CFD模拟优化了歧管片段，用于压降。优化弯曲后，使用CFD来分析完整的歧管，并确保所有细胞行之间的质量流平均分布。

流动路径的下一步是将气体分配到单个单元的标题。优化标头需要一个模型，将每个细胞流场简化为等效流动性，以表示活性细胞中的压降。标题的ESI CFD-ACE+模型表明，流出细胞的流量撞击了标头的外壁并形成了两个涡旋。流向进气头的死端的流动，导致最后一个细胞的流量分布不良。基于这些见解，模型中的标头几何形状进行了几次更改，然后重新运行模型，直到标题中的流场大大改善。

燃料电池必须以较小的规模进行建模，以优化电池板的几何形状。通过挤出了由200个节点通道的长度挤出了由700个四四元细胞组成的2D脸部，创建了一个约150,000个单元的结构化网格块。通过将模拟预测与关键指标的实验结果进行比较，包括电池电压与电流密度，板电流分布，MEA水含量，冷却液温度升高以及对工作条件和材料特性的敏感性，可以验证该模型。模拟与实验密切匹配。

验证模型后，Ballard分析师将各种几何参数影响运输，包括通道横截面面积，通道液压直径，通道长度和通道宽度与土地面积的比率。他们获得了许多见解，例如预测的细胞性能随着气体通道宽度和通道间距的增加而增加，这表明气体扩散层中的耦合转运层取决于电气传导。

库马尔总结说，最终结果是我们的燃料电池设计的鲁棒性有了很大的改善。我们将继续改进建模技术，以提高模型的准确性并减少计算时间。其他潜在的改进包括基于细丝的模型，以与多孔介质进行通信，并使用简单的路径长度查找表捕获通道的形状。由于这些进步，CFD已成为巴拉德燃料电池设计师的首选工具。