创新入口阵列结构提升碱性水电解槽气液分布均匀性的数值模拟研究

本综述通过构建三维两相流模型，创新性地提出采用入口阵列结构优化碱性水电解槽（AWE）的气液分布均匀性，系统分析了偏转柱模式、数量、形状与尺寸的协同作用，为降低电解能耗、提升绿氢制备效率提供了关键技术与理论支撑。

　　

假设 (Assumptions)

为在保证模拟可信度的同时合理控制计算成本，本研究采用以下碱性水电解槽（AWE）建模中广泛接受的假设：

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  （1）电解槽流道内流动为湍流；

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  （2）电化学反应对气液分布的影响通过电极-电解液界面上的均匀电流密度表征；

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  （3）AWE内部温度恒定为80°C；

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  （4）省略其他次要物理因素。

模型验证 (Model Validation)

针对 bipolar plate 表面复杂的几何特征，本研究采用非结构化四面体网格进行离散化，并在凹凸区域实施局部网格加密策略。在进行网格无关性分析时，我们比较了网格数从89,600至2,680,960变化时某特定点（x＝4 mm，y＝160 mm，z＝0 mm）的H₂体积分数。如图3a所示，当网格数增至1.2×10⁶时，相对偏差已处于可接受范围内，表明该网格配置可兼顾精度与效率。

结论 (Conclusion)

本研究构建了AWE阴极流道的三维两相流模型，系统探讨了入口阵列结构对其气液分布均匀性的优化效果。综合评估了电解液流速分布、H₂气体分布及其水平均匀性、整体气体含量与电解液压降等指标。总体而言，入口阵列结构在不同电流密度下均对AWE气液均匀性表现出积极影响，且在低电流密度条件下效果更为显著。