【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温质子交换膜燃料电池仿真领域，具体为一种质子交换膜燃料电池催化层真实物理结构随机生成方法。
技术介绍
1、对于质子交换膜燃料电池(质子交换膜燃料电池)性能预测采用数值模拟的方法可以大大节省时间和成本。成熟的宏观数值模型可以从整体上模拟电池内的传热传质过程和电化学动力学现象，但是对于微孔结构的影响(比如催化层中电解质、铂粉和碳颗粒的配比和具体分布、微孔层和扩散层中的空隙分布和连通性等等)却束手无策。
2、宏观数值模型通常使用一些经验公式或参数来表征多孔介质的结构参数和流动参数之间的关系，比如水的气液相变规律及毛细压力与液态水体积分数的关系等，一方面这些经验公式或参考数据的确定存在局限性，例如无法准确地反映多孔介质微观结构影响，另一方面受实验环境/实验方法制约和材料因素等的限制，这些经验公式或参考数据地获取通常成本很高、耗时长，且经验公式或参数值的准确性和适用性上无法让人满意。
3、多孔介质内部存在的温度、压力、浓度和电势梯度，会引起相关的自然对流和扩散过程及他们之间复杂的耦合效应。此外，空隙尺度下的微尺度效应和滑移效应使微孔内的传热传质特征与宏观尺度下有很大区别，因此传统的宏观数值模型难以反映电池内部真实的传输和电化学机理。
4、只有基于真实的多孔介质微观结构进行模拟，才能获得准确的传热传质机理。由于催化层内部不同成分之间尺度的差异，使用合适的建模方法来建立部分模型就变得十分重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种质子交
2、为了实现以上目的，本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成算法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1，控制参数计算，具体包括：根据催化层的预设统计参数计算出碳载体相、铂颗粒相和电解质相各自的体积分数(εc、εpt、εion)和铂载量γpt，作为后续重建过程中的控制参数；
4、s2，生成碳载体相，具体包括：
5、s21，生成一个新碳球；
6、s22，判断该新碳球是否为生长核，若否，执行s23，若是，则进一步判断该新碳球是否与其他碳球重合，若重合返回s21，若不重合执行s25；
7、s23，判断该新碳球是否与其他碳球重合，若是，执行s24，若否，返回s21；
8、s24，判断该新碳球与其他碳球的重合度是否不大于预先定义的碳球间允许的最大重合度值，若是，执行s25，若否，返回s21；
9、s25，确认该新碳球生成，将该新碳球占据的区域内的所有格点转变为碳载体相格点；
10、s26，检查此时碳载体相的体积分数是否达到要求，若是结束生成碳载体相，若否，重复s21～s25；
11、s3，采用qsgs方法生成铂颗粒相和电解质相。
12、可选地，所述预设统计参数包括催化层孔隙率ε、厚度δ、铂碳质量比和电解质含量θion。
13、可选地，按照以下控制方程计算控制参数：
14、
15、γpt＝εptρptδ
16、式中，ρc代表碳载体密度，ρpt代表铂颗粒密度，ρion代表电解质密度。
17、可选地，步骤s21生成一个新碳球，具体包括：
18、在规定区域内的随机位置生成一个直径在指定区间变化的碳球载体，作为第i个碳球。
19、可选地，步骤s22判断该信碳球是否为生长核，具体包括：
20、生成一个[0，1]区间的随机数，假定碳载体相生长核的初始分布概率为p，判断生成的随机数是否小于p，若是，则判定步骤s21中生成的新碳球为新的生长核。
21、可选地，步骤s24中该新碳球与其他碳球的重合度是通过计算该新碳球占据区域内其他碳球占据的体积百分比得到。
22、可选地，步骤s3采用qsgs方法生成铂粉时，将铂粉颗粒的生长位置限制在与碳载体相邻的格点。
23、可选地，步骤s3采用qsgs方法生成电解质相时，将电解质的生长位置限制在与碳载体和铂颗粒相邻的格点。
24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术采用四变量随机变量生成算法建立燃料电池催化层多孔介质微观结构，可以在单一组分的多孔介质的基础上，叠加多种不同组分的多孔介质，使得所生成的催化层组分更加贴合实际，多孔介质结构也更加接近燃料电池催化层的真实形貌，提高了结构的准确性和可靠性。
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1.一种质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，所述预设统计参数包括催化层孔隙率ε、厚度δ、铂碳质量比和电解质含量θion。
3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，按照以下控制方程计算控制参数：
4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤S21生成一个新碳球，具体包括：
5.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤S22判断该信碳球是否为生长核，具体包括：
6.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤S24中该新碳球与其他碳球的重合度是通过计算该新碳球占据区域内其他碳球占据的体积百分比得到。
7.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤S3采用QSGS方法生成铂粉时，将铂粉颗粒的生长位置限制在与碳
8.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤S3采用QSGS方法生成电解质相时，将电解质的生长位置限制在与碳载体和铂载体相邻的格点。
...【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，所述预设统计参数包括催化层孔隙率ε、厚度δ、铂碳质量比和电解质含量θion。
3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，按照以下控制方程计算控制参数：
4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，步骤s21生成一个新碳球，具体包括：
5.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层物理结构随机生成方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓呈维，杜玮，王浩，周世豪，高少杰，解晶莹，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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