Modelo de acoplamiento térmico-mecánico basado en el método de elementos finitos híbrido para resolver la deformación bipolar de las placas de las pilas de combustible de hidrógeno
Autores: Chen, Wenxing; Dai, Shuyang; Zheng, Baojuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelo de acoplamiento térmico-mecánico basado en el método de elementos finitos híbrido para resolver la deformación bipolar de las placas de las pilas de combustible de hidrógeno
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Energía
Pilas de combustible de hidrógeno
Sistema industrial
Método de elementos híbridos
Modelo de acoplamiento térmico-mecánico
Teoría numérica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La nueva energía es el foco de atención en todo el mundo, y la investigación en nueva energía puede inyectar nueva vitalidad al sistema industrial. Las pilas de combustible de hidrógeno no solo son respetuosas con el medio ambiente, sino que también son ricas en reservas que pueden utilizarse como un recurso estratégico para todo el país. La dificultad radica en el diseño seguro del equipo de aplicación y en la generación y almacenamiento por lotes de hidrógeno. Además, las pilas de combustible tienen la desventaja de un arranque lento. Basado en los problemas anteriores, este documento propone un método de elementos híbridos para resolver el modelo de acoplamiento térmico-mecánico de la placa de la pila de combustible, que puede resolver eficazmente el cambio de estrés térmico, la distribución del campo de temperatura y el cambio de desplazamiento de la placa de la batería cuando está en funcionamiento. En primer lugar, se presenta el algoritmo de elementos híbridos para la deformación de placas en 2D. Luego, se presenta la aplicación de deformación de una placa de pila de combustible en 3D. Los resultados numéricos en 2D muestran que el método de elementos finitos híbridos (FEM) es más flexible para realizar la combinación flexible de sub-mallas y funciones base de elementos finitos, y tiene una mejor calidad de malla en comparación con el método de elementos finitos adaptativo de triángulo de deformación constante (CST) y el método de elementos finitos adaptativo de cuadrilátero isoparamétrico (Q4). Este método logra un equilibrio entre la precisión numérica y la eficiencia de resolución para la placa elástica multi-porosa. Además, se presenta una fórmula de control de deformación que puede mostrar la deformación de desplazamiento y la fusión de estrés en el mismo gráfico, ya que es conveniente comparar rápidamente las regiones donde aparecen los extremos de desplazamiento y estrés. En resumen, el método de elementos finitos híbridos propuesto en este documento tiene buenos resultados de evaluación de malla, y cuando el número de elementos discretos es equivalente, el elemento híbrido converge más rápido y la eficiencia de solución es mayor. Este documento también proporciona una buena teoría numérica y referencia de simulación para la mecánica industrial y aplicaciones de nueva energía.
Descripción
La nueva energía es el foco de atención en todo el mundo, y la investigación en nueva energía puede inyectar nueva vitalidad al sistema industrial. Las pilas de combustible de hidrógeno no solo son respetuosas con el medio ambiente, sino que también son ricas en reservas que pueden utilizarse como un recurso estratégico para todo el país. La dificultad radica en el diseño seguro del equipo de aplicación y en la generación y almacenamiento por lotes de hidrógeno. Además, las pilas de combustible tienen la desventaja de un arranque lento. Basado en los problemas anteriores, este documento propone un método de elementos híbridos para resolver el modelo de acoplamiento térmico-mecánico de la placa de la pila de combustible, que puede resolver eficazmente el cambio de estrés térmico, la distribución del campo de temperatura y el cambio de desplazamiento de la placa de la batería cuando está en funcionamiento. En primer lugar, se presenta el algoritmo de elementos híbridos para la deformación de placas en 2D. Luego, se presenta la aplicación de deformación de una placa de pila de combustible en 3D. Los resultados numéricos en 2D muestran que el método de elementos finitos híbridos (FEM) es más flexible para realizar la combinación flexible de sub-mallas y funciones base de elementos finitos, y tiene una mejor calidad de malla en comparación con el método de elementos finitos adaptativo de triángulo de deformación constante (CST) y el método de elementos finitos adaptativo de cuadrilátero isoparamétrico (Q4). Este método logra un equilibrio entre la precisión numérica y la eficiencia de resolución para la placa elástica multi-porosa. Además, se presenta una fórmula de control de deformación que puede mostrar la deformación de desplazamiento y la fusión de estrés en el mismo gráfico, ya que es conveniente comparar rápidamente las regiones donde aparecen los extremos de desplazamiento y estrés. En resumen, el método de elementos finitos híbridos propuesto en este documento tiene buenos resultados de evaluación de malla, y cuando el número de elementos discretos es equivalente, el elemento híbrido converge más rápido y la eficiencia de solución es mayor. Este documento también proporciona una buena teoría numérica y referencia de simulación para la mecánica industrial y aplicaciones de nueva energía.