燃料电池和电解槽模块更新


COMSOL Multiphysics® 6.3 版本为“燃料电池和电解槽模块”的用户引入了一个新接口来模拟任意电解质溶液中的传输过程,改进了两相流的特征和变量,并新增了参数估计功能。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

“浓电解质传输”接口

现在可以使用浓电解质传输 接口来模拟含有任意数量带电和不带电物质的电解质溶液中的传输过程,这是基于浓溶液理论,采用二元 Maxwell Stefan 扩散系数来定义的输运方程,并假设局部电中性。与 Nernst-Planck 方程相反,浓溶液理论假设电解质物质在浓度恒定的中性溶剂中已超出稀物质的范畴。可模拟的典型电解质包括离子液体、盐熔体,以及带电物质浓度梯度不可忽略的高浓度溶液。您可以参考新的熔融碳酸盐传输教学案例,了解如何使用这一功能。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“浓电解质传输”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示一维绘图。
熔融碳酸盐电解质的设置,以及熔融碳酸盐熔体中 K+ 离子相对于电解质中阳离子总数的比例(绘图)。

参数估计

“燃料电池和电解槽模块”现已集成了参数估计 研究步骤以及 BOBYQALevenberg–MarquardtIPOPT 优化求解器,可以通过拟合实验数据来确定模型参数。您可以参考聚合物膜燃料电池模型的参数估计教学案例,了解如何使用这一新功能。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“参数估计”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示一维绘图。
参数估计设置窗口,以及聚合物电解质膜燃料电池进行参数估计后获得的极化曲线(实线)与相应的实验数据(标记)。

改进了两相流的特征和变量

现在,氢燃料电池水电解槽 接口可以通过与 6.3 版本相传递 接口新增特征的耦合,在边界和域中定义液相和气相的质量源。使用新的边界质量源 特征可以在边界上添加质量源项,使用新的质量源 特征可以在域中添加质量源项。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“质量源”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示 PEMFC 模型。
质量源特征的设置窗口,以及聚合物电解质膜燃料电池流道中的液态水体积分数。

氢燃料电池水电解槽 接口中,电解质类型 现在提供固相液相 选项,用于指定带电离子是否对接口中定义的液体质量通量和源变量产生影响。此外,“模型向导”中还添加了默认采用液体 选项的碱性 条目。您可以参考以下教学案例,了解如何使用这些改进功能:

分散多相流中的剪切诱导迁移

在高浓度悬浮液中,不可逆的颗粒碰撞会导致颗粒向剪切速率较低的区域迁移,这一现象在颗粒分级和微滤工艺中发挥着重要作用。以中性浮力混合物的压力驱动通道流为例,颗粒通常会在通道中心聚集。现在,混合物模型 多物理场耦合中新增了包含剪切诱导迁移 选项,支持多种物质,并能增强仿真结果的精度。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“混合物模型”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示螺旋通道模型。
具有二次横截面的螺旋通道中的体积分数和带箭头的流线。

相对渗透率的幂律选项

多孔介质相传递 接口中的多孔介质 特征新增了一个幂律 选项,简化了基于幂律表达式的相对渗透率的设置过程,可以更方便地在多孔介质仿真中设置和模拟渗透特性。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“流体”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示一维绘图。
两相多孔介质流动 Buckley-Leverett 基准模型中使用的基于幂律表达式的相对渗透率。

“化学物质传递”接口中的结果模板

绘制实用且具有视觉吸引力的反应体系绘图通常需要花费大量时间,因为涉及多种反应物,需要绘制多个浓度场。为了节省时间,化学物质传递 接口中新增了多个结果模板,现在可以在图形 窗口中同时包含多达四种物质浓度的绘图阵列模板。这些结果模板 适用于所有化学物质传递 接口,不受附加模块的限制,特别适用于化工模块、“CFD 模块”、“多孔介质流模块”、“地下水流模块”和“微流体模块”中的多组分传递接口。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“表面”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示板式反应器模型,其右侧显示“结果模板”。
结果模板窗口以及在“板式反应器中的精细化学品生产”教学案例中模拟的所有浓度场的绘图阵列。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.3 版本的“燃料电池和电解槽模块”引入了多个新的教学案例。