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。

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