創(chuàng)新仿真技術(shù)破解電解槽開(kāi)發(fā)難題

三一氫能通過(guò)創(chuàng)新仿真技術(shù)的應(yīng)用，成功應(yīng)對(duì)電解槽開(kāi)發(fā)過(guò)程中的諸多難題。三一氫能完整的電解槽結(jié)構(gòu)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)的仿真體系、電化學(xué)仿真以及整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的仿真驗(yàn)證方法提高了電解槽可靠性和穩(wěn)定性，為氫能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供保障。

電解槽，尤其是大產(chǎn)氣量的堿性電解槽，其內(nèi)部氣液流動(dòng)狀態(tài)極為復(fù)雜，對(duì)電解槽的表觀性能和潛在壽命有著直接影響。由于極板直徑大、進(jìn)出口位置距離遠(yuǎn)以及小室空間小等因素，氣液流體在內(nèi)部往往處于不均勻分布和流動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致局部流體滯留和回流現(xiàn)象。這種流體滯留不僅會(huì)造成電解余熱積累，使局部溫度高于其他部位，還會(huì)對(duì)隔膜、電極和極板造成不同程度的損傷。因此，深入了解和優(yōu)化電解槽內(nèi)部的流體流動(dòng)狀態(tài)及溫度分布，對(duì)于提高電解槽的性能和可靠性至關(guān)重要。

傳統(tǒng)電解槽的開(kāi)發(fā)主要依賴經(jīng)驗(yàn)積累和尺寸放大，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣量的提升。然而，這種方法忽視了尺寸放大對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)的不利影響，導(dǎo)致大產(chǎn)氣量電解槽的可靠性問(wèn)題頻發(fā)。為了提升電解槽的開(kāi)發(fā)質(zhì)量，必須對(duì)其內(nèi)部的流體流動(dòng)狀態(tài)和溫度等因素有直觀的認(rèn)識(shí)，從而避免相關(guān)問(wèn)題的發(fā)生。

三一氫能依托三一集團(tuán)資源，建立了完整的電解槽結(jié)構(gòu)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)的仿真體系、電化學(xué)仿真以及整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的仿真驗(yàn)證方法，可以自主完成電解槽仿真模擬工作，賦能產(chǎn)品研發(fā)和工藝設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)仿真

電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，三一氫能建立了完整的電解槽結(jié)構(gòu)/流場(chǎng)/溫度場(chǎng)/多物理場(chǎng)的耦合仿真體系，指導(dǎo)電解槽整體結(jié)構(gòu)的迭代優(yōu)化，有效提高電解槽流場(chǎng)/溫度場(chǎng)均勻性，對(duì)于提高電解槽長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性、降低電解能耗具有重要作用。

針對(duì)電解小室內(nèi)復(fù)雜的氣液流體流動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)構(gòu)建電解槽三維仿真模型，模擬極板結(jié)構(gòu)對(duì)流體流動(dòng)及傳質(zhì)傳熱過(guò)程的影響，通過(guò)調(diào)整液道孔和氣道孔數(shù)量及位置、調(diào)整極板凹凸點(diǎn)高度及排布規(guī)律等方案，研究電解小室內(nèi)氣液流體流動(dòng)和傳質(zhì)傳熱過(guò)程的變化規(guī)律，獲得最優(yōu)結(jié)構(gòu)，有效提高電解槽小室堿液流量分配的均勻性和溫度分布的均勻性，解決槽體超溫問(wèn)題，降低電解槽能耗。

（圖：電解小室流體流向仿真）

（圖：電解小室溫度分布仿真）

電化學(xué)仿真

在槽體核心零部件選型過(guò)程中，三一氫能將極板結(jié)構(gòu)和電極材料相結(jié)合，建立完整的電化學(xué)仿真模型，用DOE方法論分析優(yōu)化乳突高度、各結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸等對(duì)能耗、產(chǎn)氫量等指標(biāo)的影響，優(yōu)化零部件組合，解決電極、極板接觸內(nèi)阻大的問(wèn)題，降低內(nèi)阻導(dǎo)致的電壓降，降低電解能耗。

（圖：電解小室電化學(xué)仿真）

整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真

三一氫能針對(duì)零部件加工、槽體組裝等過(guò)程涉及的零部件運(yùn)輸、吊裝等工序的要求，利用材料物性參數(shù)結(jié)合結(jié)構(gòu)仿真模型，模擬端板、雙極板等組件在各種吊裝狀態(tài)下的形變，為組件減薄與其性能達(dá)到有效平衡提供參考。

未來(lái)，三一氫能將繼續(xù)聚焦圓形槽、方形槽、PEM 槽、BOP 的“3+1”技術(shù)路線，不斷完善并強(qiáng)化集成設(shè)計(jì)、材料研發(fā)、仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證、電氣控制、制造工藝、氫安全設(shè)計(jì)等七大核心能力。同時(shí)，三一氫能期待與行業(yè)客戶、設(shè)計(jì)院、供應(yīng)商、科研院所、行業(yè)機(jī)構(gòu)等深化合作，共謀氫能裝備的高質(zhì)量發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)三一的力量與與三一方案。