3.1.5　三維模型的邊界條件

空氣和燃料進氣歧管入口的總空氣質量流量和燃料質量流量可分別采用以下兩種方法估算:

=M_air,　=M_fuel(3.9)

式中,M是進口空氣(或燃料)流量的分子質量;N_L是電堆的層數;A是陰極(或陽極)表面的活性區域,如圖3.1(c)、(d)所示,它受到進口/出口歧管、進給/排氣集管、半圓形和分配器區面積的影響很大;η是空氣/燃料氣體利用率;xα是組分α在空氣/燃料流中的摩爾分數。然后,可以通過=/(ρ)計算進氣歧管入口的空氣/燃料流動速度。S_in是進氣歧管入口的總截面積。以取i_op=5000A·m-2,η_fuel=0.7,=0.97,η_air=0.2,=0.21為例,我們可以用方程(3.9)計算得到=1.75×10-2g·s-1和=1.29g·s-1和幾何參數。相應的燃料和空氣流的進氣速度可以進一步分別估計為=6.7m·s-1和=43.0m·s-1。

表3.2中給出了與上述守恒方程對應的不同組件之間的邊界條件。現有模型中的三維模型開發和多物理場耦合計算方法也可應用于其他類型的燃料電池堆結構。由于方程、屬性和復雜的組件結構之間存在著復雜的相互作用,其中的一個模型在psecommunity.org共享,鏈接為http://psecommunity.org/LAPSE:2018.0444。

表3.2　三維多物理場耦合模擬邊界條件