湖南工程学院;湖南省计量检测研究院王琼获国家专利权
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龙图腾网获悉湖南工程学院;湖南省计量检测研究院申请的专利氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118917081B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-19发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410990440.X,技术领域涉及:G06F30/20;该发明授权氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法及系统是由王琼;向德设计研发完成,并于2024-07-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法及系统在说明书摘要公布了:本发明涉及新能源转换与利用技术领域,公开了一种氢燃料电池机‑电‑热‑流多场耦合模型仿真方法及系统,方法包括根据氢燃料电池的实际几何结构,建立氢燃料电池的三维几何模型,将三维几何模型划分为离散的网格单元;基于网格单元建立多个物理场的数学模型,为数学模型定义边界条件,将建立的物理模型和边界条件代入耦合方程组中,使用数值方法进行求解,通过迭代计算,得到不同物理场的分布和变化情况;根据求解得到不同物理场的分布和变化情况的结果,评估燃料电池的关键参数,以及各个物理场的相互影响和耦合效应。系统包括模型划分模块、迭代计算模块、结果输出模块。本发明能够提供全面的系统行为描述并评估关键参数。
本发明授权氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法,其特征在于,所述氢燃料电池机-电-热-流多场耦合模型仿真方法包括: 根据氢燃料电池的实际几何结构,建立氢燃料电池的三维几何模型,三维几何模型包括氢燃料电池堆、电解质膜、氢气和氧气的供应通道、冷却系统及电流收集器组件;将三维几何模型划分为离散的网格单元; 基于网格单元建立机械、电气、热力及流体多个物理场的数学模型,为数学模型定义边界条件,边界条件包括入口条件、出口条件、边界温度、边界压力;将建立的物理模型和边界条件代入耦合方程组中,使用数值方法进行求解,通过迭代计算,得到不同物理场的分布和变化情况; 其中,数学模型的建立过程,包括以下步骤: 根据氢燃料电池中的机械、电气、热力和流体多个物理场的物理过程,选择对应的物理方程描述各个物理场; 使用有限差分法将连续的物理方程转化为离散的数值方程,将物理方程离散为网格单元上的代数方程;获取数学模型定义边界条件,用于约束数值模型的求解; 将建立的数学模型和边界条件代入耦合方程组中,建立多个物理场之间的耦合关系; 其中,机械-电气耦合:通过定义机械场的位移和电气场的电势之间的关系来实现耦合;电池的压降与机械变形存在耦合关系,使用以下表达式来表示耦合项: 其中,σ为电导率,ε为应变-电压系数,α为耦合系数,V为电势场,u为位移场; 机械-热力耦合:通过定义机械场的位移和热力场的温度之间的关系来实现耦合;机械变形会引起热传导,使用以下表达式来表示耦合项: 其中,κ为热导率,β为耦合系数,T为温度场; 流体-热力耦合:通过定义流体场的速度和热力场的温度之间的关系来实现耦合;流体的流动会引起温度变化,使用以下表达式来表示耦合项: 其中,ρ为密度,Cp为比热容,γ为耦合系数,Vf为速度场; 根据求解得到不同物理场的分布和变化情况的结果,评估燃料电池的输出电压、温度分布及压力分布关键参数,以及各个物理场的相互影响和耦合效应。
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