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燃料电池是现在的一个热门研究方向,在国内拥有非常广阔的前景。其原理是在一定条件下使H2、天然气和煤气(主要是H2)与氧化剂(空气中的O2)发生化学反应,将化学能直接转换为电能和热能的过程。优点是能量转换效率高(一般都在40-50%,而内燃机仅为18%~24%)、无污染、启动快、电池寿命长、比功率、比能量高等优点。
但是燃料电池的研究确是非常困难的事情,以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,它的研究过程中就涉及了化学反应、CFD、化学工程、热传递、应力应变分析等等物理现象,而且这些现象都是耦合在一起的,令研究工作,尤其是数值计算工作变得极为困难。
COMSOL Multiphysics是最近几年兴起的大型数值计算软件,主要特点为多物理场的同时同步耦合,这在现如今的燃料电池研究中是非常重要的,不论是COMSOL软件自带的模型数据库,还是最近两年COMSOL公司的论文集中燃料电池方面的文章都是最多的,几乎可以达到一个普通物理场的所有论文数量。而且事实证明,国内的很多燃料电池研究专家(例如中国科学院的几家研究所)都选择了COMSOL进行数值模拟。 |
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