(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210567570.3 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 陈吉清　王俊峰　兰凤崇　刘青山　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 郑秋松 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) H01M 4/88(2006.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建 模方法 (57)摘要 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池气 体扩散层的孔隙建模方法， 包括以下步骤： S1.制 定气体扩散层的纤维层的体积参数和纤维层层 数； S2.根据各层纤维层的目标孔隙率选择目标 孔隙率的概率分布类型， 并确定概率分布类型的 概率分布参数； S3.利用脚本参数化建模 方法， 根 据目标孔隙率的概率分布特征随机生成各层纤 维层的目标孔隙率值； S4.根据目标孔隙率值对 纤维层进行设计， 纤维层内根据纤维模 型生成纤 维， 并拉伸纤维两端使纤维横向贯穿纤维层； S5. 纤维层中进行纤维切除并计算纤维层的孔隙率， 通过迭代计算纤维层的孔隙率直至满足目标孔 隙率要求； S6.各层纤维层设计完成后对各层纤 维层进行合并， 直至成为整体的气体扩散层。 本 发明提高建模效率和操作便捷性。 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 CN 114841042 A 2022.08.02 CN 114841042 A 1.一种质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.制定气体扩散层的纤维层的体积参数和纤维层层数， 纤维层的顶面与上层纤维层 的底面相接触， 纤维层的底面与下层纤维层的顶面相接触； S2.根据各层纤维层的目标孔隙率选择目标孔隙率的概率分布类型， 并确定概率分布 类型的概 率分布参数； S3.利用脚本参数化建模方法， 根据目标孔隙率的概率分布特征随机生成各层纤维层 的目标孔隙率 值； S4.根据目标孔隙率值对纤维层进行设计， 纤维层内根据纤维模型生成纤维， 并拉伸纤 维两端使纤维横向贯 穿纤维层； S5.纤维层中进行纤维切除并计算纤维层的孔隙率， 通过迭代计算纤维层的孔隙率直 至满足目标孔隙率要求； S6.各层纤维层设计完成后对各层纤维层进行合并， 直至成为整体的气体扩散层。 2.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S1中， 气体扩散层的纤维层 采用长方体形状， 纤维层的体积参数包括纤维层的长度、 宽度和 厚度。 3.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S2中， 目标孔隙率的概 率分布类型包括单点分布、 均匀分布、 正态分布或者自定义分布。 4.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S3中， 脚本参数化 建模是基于ANSYS ‑SpaceClaim脚本并支持Pyt hon语言通过调用Pyt hon标 准库random库的建模方式。 5.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S4中， 纤维模型采用圆柱体模型， 圆柱体的底面的直径小于每层纤维层的厚度。 6.如权利要求5的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 圆柱 体的中心轴线在纤维层的中心横截面上， 纤维层内生成的纤维交叉排列。 7.如权利要求6的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 纤维 层的纤维随机排布， 通过在 纤维层中心横截面上随机生成两点， 两点作为纤维的两个底面 的圆心。 8.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S4中， 纤维两端分别向外拉伸以横向贯穿纤维层， 拉伸距离为纤维层的体积参数中最大尺 寸的1.5倍。 9.如权利要求1的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步骤 S5具体包括以下步骤： S51.设i为层变量， iter为每层纤维的迭代变量， iter＝0为初始状态， 纤维层初始孔隙 率 ε0＝1； S52.对于第i层， 纤维层的目标孔隙率为 εt[i]， 每迭代生成一条纤维， iter＝iter+1， 进 行切除纤维操作， 更新 一次纤维层的孔隙率 εiter； S53.计算孔隙率εiter是否满足第一迭代条件εiter‑εt[i]＜η， η为误差限， 如果孔隙率 εiter不满足第一迭代条件， 返回步骤S52； S54.如果孔隙率εiter满足第一迭代条件， 计算孔隙率εiter是否满足第二迭代条件εiter‑权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114841042 A 2εt[i]＞‑η， 如果孔隙率εiter满足第二迭代条件， 第i层迭代完成， 记录纤维层孔隙率迭代数 据， 开始下层纤维层建模； S55.如果孔隙率 εiter不满足第二迭代条件， 取消第iter次迭代， 第iter次采用自定义插 入纤维的方式生成纤维。 10.如权利要求9的质子交换膜燃料电池气体扩散层的孔隙建模方法， 其特征在于， 步 骤S52中， 孔隙率 εiter的计算公式为 式中， Viter‑1为第iter ‑1次迭代完纤维层的孔隙体积， Vfiter为第iter次迭代纤维层切除 的纤维的体积， Viter‑1‑Vfiter为第iter次迭代完后纤维层的孔隙体积， V0是该层纤维层的初 始总体积。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114841042 A 3