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格子ガスオートマトン法による固体高分子燃料電池内の流動解析

使用晶格气体自动机方法进行聚合物电解质燃料电池的流动分析

基本信息

批准号：
13750147
负责人：
松隈洋介
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではメゾレベルから流れを解析する手法である格子ガスオートマトン法を用いて固体高分子形燃料電池(PEFC)内の流れを流体と固体を連成させて計算し,流れが均一になる最適流路形状を求め,その妥当性を実験により検証する。以上の解析と実験によりPEFC内の複雑流れをメゾレベルより解析する有効なツールを提案することを目的とした。平成13〜14年度の研究から主に以下の3つの成果が得られた。1)PEFC内流動解析を行う格子ガスオートマトンモデルの開発格子ガスオートマトン法を用いて既存のPEFCセパレータ内の流れを計算した。PEFC内の各チャンネルに分配される流量には3倍程度の偏りがあったが、入口・出口の形状を二次曲線形状とすることにより均一化が計れることが分かった。以上より、格子ガスオートマトン法がPEFCの設計計算に有効なツールであることを確認した。2)PEFC内流動を均一にする流路の自動設計手法の開発1)で開発したモデルをさらに改良し、PEFC内の流動を均一化する流路を自動設計する格子ガスオートマトン法を開発した。すなわち、PEFC内で燃料の流速の遅いよどんだ領域には固体壁を追加し,流量の多い流路では固体壁を削るという操作を行い、最適形状の流路を作成する流体・固体の連成モデルを開発した。その結果、各チャンネル間の流量の偏りが3倍程度あった流量比が、最適設計した後には1.1倍程度となり、本モデルがPEFC流路の自動設計に有効であることを確認した。3)流路内に分配される流量の実験との比較2)において自動設計した流路形状を用い差分法との比較計算を行った。その結果格子ガスオートマトン法で予測された流動場とよく一致し、本解析モデルの妥当性が検証された。さらに、単流路のPEFC燃料電池セルを作成して発電試験を行うことで、PEFC内の発電性能を評価する電気化学的モデルを作成することが出来た。

In this study, a solid polymer fuel cell (PEFC) was used to analyze the flow of solid polymer fuel cells using a lattice grid analysis method. ), the fluid and solid are connected together, and the flow is calculated, the flow is uniform, and the optimal flow path shape is obtained, and the validity of the flow is verified. The above analysis is the analysis of the complex flow of PEFC and the effective analysis of the proposal and the purpose of the project. The results of the research conducted in FY2013-2014 are as follows. 1) Flow analysis in PEFC The スオートマトン method is calculated using the いてexisting のPEFCセパレータ内の流れを. The flow rate allocated to each channel in the PEFC is 3 times the level of the flow rate, and the flow rate is 3 times the level. The shape of the entrance and exit is the shape of the quadratic curve and the shape is the uniformity of the shape. The design calculation of the above PEFC using the lattice design method and PEFC is valid and has been confirmed. 2) The automatic design method of uniform flow path in PEFC 1) The automatic design method of uniform flow in PEFC The flow inside the PEFC is uniformized, the flow path is automatically designed, and the lattice is designed using the open method.すなわち、The flow rate of the fuel in the PEFC is the area of the solid wall and the flow path is added. The solid wall is cut and the operation is done, and the optimal shape of the flow path is created, and the fluid and solid are connected together and opened. The result, the flow rate deviation between each flow rate, the flow rate ratio of 3 times, and the optimal design result 1. The automatic design of the PEFC flow path of 1.1 times the original PEFC flow path has been confirmed and confirmed. 3) Compare the distribution of flow rate in the flow path 2) Automatically design the shape of the flow path and use the difference method to compare and calculate the flow path. The results of the grid ガスオートマトン method are used to predict the flow field and the flow field is consistent, and the validity of this analysis is proved to be true.さらに、PEFC fuel cell with single flow path made by して発电稓を行うことで、 The evaluation of the electrical properties of PEFC is made by the company's electrochemical testing company.