燃料电池和电解槽模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“燃料电池和电解槽模块”的用户提供了添加辅助物质的功能、改进了三维模型的默认求解器和稳定性,并改进了具有一致对的装配几何形状的连续性 条件。

“氢燃料电池”和“水电解槽”接口中的辅助物质

现在可以在氢燃料电池水电解槽 接口的氢气和氧气混合物中添加并任意定义一种额外的辅助物质,从而可以对包含微量杂质、硫化合物、重氢化合物和氨等物质的系统进行更灵活的建模。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“氢燃料电池”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示 PEMFC 模型。
氢燃料电池水电解槽接口中定义气体混合物的“设置”窗口。

“氢燃料电池”和“水电解槽”接口中的默认求解器和稳定性得到改进

使用氢燃料电池水电解槽 接口的三维模型的默认求解器生成已得到显著改进,生成的默认求解器取决于物理场设置和自由度数。对于大型问题,现在默认生成代数多重网格迭代求解器,这大大减少了内存使用率和计算时间。此外,在氢燃料电池水电解槽 接口中添加了气相输运方程中对流项的稳定性支持,从而可以用较粗化网格求解燃料电池和电解槽模型,这通常在处理较大的几何形状时需要用到。

以 Prism 颜色表显示的 PEMFC 模型。
在“具有蛇形流场的低温质子交换膜燃料电池”模型中产生的水相对湿度水平,其中流场板宽度增加到 50 mm,通道数量增加到 10 个,重复的 "U" 单元数量增加到 3 个。此类较大的模型几何受益于默认求解器和稳定性改进。

“装配对”边界的连续性条件得到改进

在边界的两侧使用不匹配的网格单元时,通常会使用装配对。例如,在复杂的三维几何中使用扫掠网格时,可能需要使用装配对。在 6.1 版本中,装配对边界的电势因变量(电极和电解质相)的连续性 边界条件在电流分布 接口的精度和数值稳定性方面得到了显著提升。

非理想物质活度系数

6.1 版本引入了使用德拜-休克尔理论对非理想电解质进行建模的功能。在这种电解质中,即使是浓度的微小变化(在毫摩尔范围内),也可能导致 pH 值和电极平衡电位等量的可测量的变化,因此,在建模和仿真中考虑非理想效应的能力是对电化学接口的重要补充。新版本现在支持在三次电流分布,Nernst-Planck稀物质传递 接口中包含这些效应,用户可以使用德拜-休克尔定律 物质活性或用户定义的表达式来定义活度系数。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“稀物质传递”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示线电极模型。
选择非理想 德拜-休克尔定律物质活性,该设置可在 三次电流分布,Nernst-Planck 接口和 稀物质传递接口的节点中找到。

高级化学公式

现在可以使用更高级的公式来计算化学物质和化学反应。例如,封闭标记 ()、[] 和 {} 可以用来指示配位化合物的分子式中的结构单元。为了提高可读性,可以在反应式中使用简化名称表示整个物质或分子结构的一部分。在进行反应平衡时,会考虑完整的组分和电荷。

属性计算的性能得到提升

在所有属性计算(例如密度和黏度)以及热力学属性(例如热容和蒸汽压)中,计算能力的性能提升都是显而易见的。以前将大部分求解时间用于执行属性计算的模型,现在的求解时间可以减少 30% 之多。

在系统中添加物质的功能得到改进

在数据库中搜索物质并将其添加到模型中的功能已得到扩展和改进。现在可以使用回车 (Enter) 键逐一添加从搜索中过滤的物质。此外,在添加物质后,不再需要重置过滤器。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“燃料电池和电解槽模块”引入了一个新的教学案例。