基于多物理场耦合模型的碱性水电解槽工作特性OA北大核心CSTPCD

风电制氢系统将富余的风电用于电解水制取氢气,有效提高了风电的消纳能力。碱性水电解槽是电制氢的重要设备,通过数值方法研究其工作特性对于提高制氢效率具有重要意义。然而,现有电解槽模型通常只关注其电学性能,难以对各工况下设备运行状态进行准确预测。为此,提出了碱性水电解槽电场-流场-浓度场多物理场耦合模型。首先对碱性水电解槽进行了几何建模;接着建立电解槽电场、流场、浓度场数学模型,并基于COMSOL平台进行多物理场模型搭建;在验证模型有效性后,分析了电压、温度、压力、电解液浓度与流速对电解槽稳态、瞬态工作特性的影响。模拟结果表明:升高温度与降低压力减小了单位电流所需电压;降低电流、升高温度与压力增大了电解效率。单位电流所需电压随电解液浓度增加先减小后增大,而电解效率随浓度增加而先升后降,50℃时在质量分数为30%处达到最大电解效率。电压突变会产生电流过冲现象;流速突变不会发生电流过冲现象。研究成果可为碱性水电解槽设计与性能预测提供理论指导。