Fluent PEMFC模块GUI面板参数注解：直观易懂，操作便捷

本文背景

Fluent PEMFC 模块参数实在过多，且GUI界面是英文和缩写，导致面板内每个输入项对应的参数的含义查找起来过于麻烦，需要两本用户手册对照着查看。即使是已经熟练使用的，也不能确保自己不打个小抄也能都记住。

虽然很多参数可以按照Fluent面板的默认值来设置，从而不必去管每个输入项的具体含义，但是这样对工程和科研都未免过于不严谨。

综上，打个小抄是很有必要的。笔者就代为效劳了。

正文

主要是以图片的形式来注解，这样更直观。各字母的含义见我的上一篇文章，两篇对照起来看更好：

一、Model面板

• Joule Heating —— 是否考虑焦耳热；
• Reaction Heating —— 是否考虑反应热；
• Electrochemistry Sources —— 是否考虑电化学反应，不勾选则只考虑基本传热和流动；
• Butler-Volmer Rate —— 是否使用B-V方程计算电化学反应速率，不勾选则使用Tafel近似式；
• Multicomponent Diffusion —— 是否使用多组分扩散模型，不勾选则使用菲克定律；
• Anisotropic E-Cond. in Porous Electrode —— 是否考虑GDL 和MPL 区域电子电导率的各向异性；
• Effective P-Cond. in MEA —— 是否考虑催化层的有效质子电导率，具体含义如下图

• Use Half-Cell Potentials —— 是否使用半电池模型，不勾选则开路电压为自己设置的给定值；
• Cathode Particle Model —— 是否使用阴极颗粒模型，详见我的上一篇文章，建议使用，毕竟是最新的模型；
• Liquid Phase —— 是否考虑液相的水；
• Compute Liquid in Channels —— 是否考虑流道内的液相水，也即流道内液相水控制方程的考虑与否；
• Include Dynamic Head —— J_remove计算式是否考虑动压头；
• W-Diff Model —— 含水量λ的扩散系数方程，Fluent提供了两个，任选一个即可：

其余输入项含义直接见一开始的图。注意那中间那几行数不是参数值，而是松弛因子。

二、Parameters面板

所有的参数注释都如图。说明：

1. 有些和Fluent Theory Guide有出入，是我毕设做了简化，所有的字母参数都和我的上一篇文章相对应。
2. 打括号的是我做毕设时省略的参数，也就是直接用值代替字母的参数，所以我的上一篇文章里应该没有。但为了全面，我还是注释上去了，这些字母的意思可以参看Fluent Theory Guide。
3. 这张图是很久之前截的，所以有的参数值设置是错的，比如Con. Exponent就很明显。建议大家按照文献里的来，文献里查不到的再用Fluent给的默认值。我发现一些使用这个模块的文献是也这样搞的。

三、气体扩散层GDL（Porous Electrode）面板

阴极和阳极一样。

上面的Porosity和Absolute Permeability分别是孔隙率和绝对渗透率，太简单了就没注释上去。那三个Leverett开头的就是Leverett-J函数的系数，一般默认即可：

$J(s)=1.417s-2.12s^2+1.263s^3$J(s)=1.417s-2.12s^2+1.263s^3

四、催化层CL （TPB Layer）面板

阳极：

括号含义如前文所述。阴极：

果在前面的Model面板里勾选了阴极颗粒模型，这里的阴极就会比阳极多3个参数，否则就是一样的。

五、微孔层MPL（Micro Porous Layer）面板

阴极和阳极面板相同，且几乎没什么参数。

六、质子交换膜PEM（Electrolyte）面板

七、Advanced面板

Contact Resistivity是设置接触电阻，选好要考虑接触电阻的面，然后把值输入就OK了。

Coolant Channel和Stack Management分别是冷却液流道和电堆管理的相关设置，我没用过所以也不太清楚。

八、Reports面板

Electrolyte Projected Area 是MEA投影面积，官方注释如下：

右边两个是要分别指定阳极和阴极的端面，即电流最终离开和进入电池的地方（好像也就是集流板接触的地方），这一步是很重要的，不能没有，否则会报错。

结语

1. 其实Fluent手册里是有各个输入项的含义的，也可以自己查，就是得Theory Guide和User's Guide两本对照着看，我感觉贼麻烦。这也是写本文的原因。
2. 再次强调，参数值的设置建议大家按照文献里的来，文献里查不到的再用Fluent给的默认值。不要直接用本文图片里的值，因为有些是错的。
3. 注：本文使用的Fluent的版本为2020R2，其他版本的会和本文有一定出入。
4. 参考：ANSYS Fluent 2020R2 Theory Guide、User's Guide。