一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法与流程

本发明涉及流道设计，特别涉及一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法。

背景技术：

1、双极板流道设计对电堆至关重要，为保证电堆内电化学正常进行，需要膜电极上物质尽可能分布均匀。现有流场设计时，入口宽度一般小于流场宽度，因此流道区域可能会需要从入口进入后，经一分二、一分三等流道均匀分布到活化面积上。

2、气体经过这些分配区域后，会造成各流道之间的气体分配不均匀，导致电化学速率分布不均。反应气体不足的区域，反应速率也相应很低，一方面，该区域产热量和温度会低于其他区域，由此促成该区域内水蒸气凝结和液态水含量增加，加剧该区域水淹的可能并进一步降低电化学反应速率；另一方面，局部气体缺乏也会造成电池输出性能和耐久性的下降，减少电堆寿命。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，旨在解决现有双极板流道中各分流口流量分布不均匀的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，包括步骤：

4、根据双极板流道的类型确定各流道之间的流量关系，所述双极板流道包括主流道、至少两个子流道、以及至少一个拐点流道，所述主流道以及子流道的宽度值为已知数值；

5、根据流量计算公式以及各流道之间的流量关系，计算各流道之间的速度关系；

6、根据各流道之间的速度关系计算主流道与其对应子流道之间的主流道局部压损以及拐点流道与其对应子流道之间的拐点流道局部压损；

7、根据所述主流道局部压损与所述拐点流道局部压损确定所述拐点流道的宽度值；

8、根据计算得到的所述拐点流道的宽度值以及已知主流道以及子流道的宽度值对双极板流道进行设计。

9、所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，若所述双极板流道的类型为一分二流道，所述双极板流道包括主流道、与所述主流道连通的第一子流道和第一拐点流道，以及与所述第一拐点流道连通的第二子流道，此时主流道的流量q1=2*第一子流道的流量q2=2*第一拐点流道的流量=2*第二子流道的流量q3，所述主流道的宽度值为d1，第一子流道的宽度值为d2，第一拐点流道的宽度值为d3，第二子流道的宽度值为d4。

10、所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，根据流量计算公式以及各流道之间的流量关系，计算各流道之间的速度关系，包括：

11、根据流量计算公式q=vdh以及各流道之间的流量关系，得到公式： ，其中，、、、分别对应为主流道、第一子流道、第一拐点流道以及第二子流道的流速，h为各流道的高度；

12、根据上述公式得到各流速之间的关系，，。

13、所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，根据各流道之间的速度关系计算主流道与其对应子流道之间的主流道局部压损以及拐点流道与其对应子流道之间的拐点流道局部压损，包括：

14、根据伯努利公式得到主流道局部压损：以及拐点流道局部压损，其中，为气体密度。

15、所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，根据所述主流道局部压损与所述拐点流道局部压损确定所述拐点流道的宽度值，包括：

16、根据公式计算主流道局部压损与拐点流道局部压损的压力差，即；

17、命，计算得到所述拐点流道的宽度值。

18、所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其中，若所述双极板流道的类型为一分三流道，所述双极板流道包括主流道、与所述主流道连通的第一子流道和第一拐点流道、与所述第一拐点流道连通的第二子流道和第二拐点流道，以及与所述第二拐点流道连通的第三子流道，此时主流道的流量q1=3*第一子流道的流量q2=3/2*第一拐点流道的流量q3=3*第二子流道的流量q4=3*第二拐点流道的流量q5=3*第三子流道的流量q6，所述主流道的宽度值为d1，第一子流道的宽度值为d2，第一拐点流道的宽度值为d3，第二子流道的宽度值为d4，第二拐点流道的宽度值为d5，第三子流道的宽度值为d6。

19、有益效果：本发明提供了一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，通过本发明方法能够设计出更好的流道结构，从而提高双极板流道中各子流道的气体分配均匀性，进而提高电池输出性能和耐久性。

技术特征：

1.一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，若所述双极板流道的类型为一分二流道，所述双极板流道包括主流道、与所述主流道连通的第一子流道和第一拐点流道，以及与所述第一拐点流道连通的第二子流道，此时主流道的流量q1=2*第一子流道的流量q2=2*第一拐点流道的流量=2*第二子流道的流量q3，所述主流道的宽度值为d1，第一子流道的宽度值为d2，第一拐点流道的宽度值为d3，第二子流道的宽度值为d4。

3.根据权利要求2所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，根据流量计算公式以及各流道之间的流量关系，计算各流道之间的速度关系，包括：

4.根据权利要求3所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，根据各流道之间的速度关系计算主流道与其对应子流道之间的主流道局部压损以及拐点流道与其对应子流道之间的拐点流道局部压损，包括：

5.根据权利要求4所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，根据所述主流道局部压损与所述拐点流道局部压损确定所述拐点流道的宽度值，包括：

6.根据权利要求1所述提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其特征在于，若所述双极板流道的类型为一分三流道，所述双极板流道包括主流道、与所述主流道连通的第一子流道和第一拐点流道、与所述第一拐点流道连通的第二子流道和第二拐点流道，以及与所述第二拐点流道连通的第三子流道，此时主流道的流量q1=3*第一子流道的流量q2=3/2*第一拐点流道的流量q3=3*第二子流道的流量q4=3*第二拐点流道的流量q5=3*第三子流道的流量q6，所述主流道的宽度值为d1，第一子流道的宽度值为d2，第一拐点流道的宽度值为d3，第二子流道的宽度值为d4，第二拐点流道的宽度值为d5，第三子流道的宽度值为d6。

技术总结
本发明涉及流道设计技术领域，公开了一种提高极板流量分配均匀度的流道设计方法，其包括步骤：根据双极板流道的类型确定各流道之间的流量关系，双极板流道包括主流道、至少两个子流道、以及至少一个拐点流道；根据流量计算公式以及各流道之间的流量关系，计算各流道之间的速度关系；根据各流道之间的速度关系计算主流道与其对应子流道之间的主流道局部压损以及拐点流道与其对应子流道之间的拐点流道局部压损；根据主流道局部压损与所述拐点流道局部压损确定所述拐点流道的宽度值；根据计算得到的所述拐点流道的宽度值对双极板流道进行设计。通过本发明方法能够设计出气体分配均匀性更佳的双极板流道结构，从而提高电池输出性能和耐久性。

技术研发人员：张贝贝,黄静,刘锋,钱伟,郑军
受保护的技术使用者：佛山市清极能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16