一种固体氧化物燃料电池的多尺度模拟方法

摘要

一种固体氧化物燃料电池的多尺度模拟方法，其特征在于对固体氧化物燃料电池中耦合的热质传输、电化学反应等复杂物理化学现象进行从介观尺度到宏观设备尺度的多尺度模拟以及多尺度模型的集成及协同仿真方法。由于本发明提出的基于现象的建模方法在宏观尺度采用机理建模方法，模型的物理意义明了，准确度高，适应性强。而在介观尺度和微观尺度上采用基于分子或分子微团的模拟方法，从而能够弥补传统的单尺度模拟的缺陷；采用了分层次和不同尺度相结合的方法研究复杂系统，有利于揭示如固体氧化物燃料电池等复杂系统的本质，为研究复杂系统提供一种崭新的手段。

主权项

1、一种固体氧化物燃料电池的多尺度模拟方法，其特征在于对固体氧化物燃料电池中耦合的热质传输、电化学反应复杂物理化学现象进行从介观尺度到宏观设备尺度的多尺度模拟以及多尺度模型的集成及协同仿真方法；该模拟方法包括如下步骤：(一)建立基于现象的建模方法，确定不同尺度模型的建模方法，实现从系统的底层反应出复杂系统的特性，较准确地描述出系统中各种场的分布，为系统的量化设计和放大提供参考；(二)在介观尺度上采用格子-Boltzmann方法，对发生在阳极和电解质三相区内的电化学反应进行模拟，分析反应物的浓度、电流密度随温度和反应时间的变化，以及不同温度下反应达到平衡后反应物浓度的分布情况；(三)在宏观尺度上采用计算流体力学(CFD)方法，模拟燃料电池的流速分布并耦合反应产生的热量，计算不同流速下燃料电池的温度分布；(四)采用基于网络TCP/IP协议的机间通讯，将Windows的进程线程机制与Socket套接字的通讯机制融合在一起，实现介观尺度上的格子-Bolzmann模拟和宏观尺度上的CFD模拟的并行协同仿真，实现多尺度模拟。