3.1.5　三维模型的边界条件

空气和燃料进气歧管入口的总空气质量流量和燃料质量流量可分别采用以下两种方法估算:

=M_air,　=M_fuel(3.9)

式中,M是进口空气(或燃料)流量的分子质量;N_L是电堆的层数;A是阴极(或阳极)表面的活性区域,如图3.1(c)、(d)所示,它受到进口/出口歧管、进给/排气集管、半圆形和分配器区面积的影响很大;η是空气/燃料气体利用率;xα是组分α在空气/燃料流中的摩尔分数。然后,可以通过=/(ρ)计算进气歧管入口的空气/燃料流动速度。S_in是进气歧管入口的总截面积。以取i_op=5000A·m-2,η_fuel=0.7,=0.97,η_air=0.2,=0.21为例,我们可以用方程(3.9)计算得到=1.75×10-2g·s-1和=1.29g·s-1和几何参数。相应的燃料和空气流的进气速度可以进一步分别估计为=6.7m·s-1和=43.0m·s-1。

表3.2中给出了与上述守恒方程对应的不同组件之间的边界条件。现有模型中的三维模型开发和多物理场耦合计算方法也可应用于其他类型的燃料电池堆结构。由于方程、属性和复杂的组件结构之间存在着复杂的相互作用,其中的一个模型在psecommunity.org共享,链接为http://psecommunity.org/LAPSE:2018.0444。

表3.2　三维多物理场耦合模拟边界条件