三一氫能通過創(chuàng)新仿真技術的應用，成功應對電解槽開發(fā)過程中的諸多難題。三一氫能完整的電解槽結(jié)構(gòu)-流場-溫度場的仿真體系、電化學仿真以及整機結(jié)構(gòu)強度的仿真驗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)部氣液流動狀態(tài)極為復雜，對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、進出口位置距離遠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狀態(tài)，導致局部流體滯留和回流現(xiàn)象。這種流體滯留不僅會造成電解余熱積累，使局部溫度高于其他部位，還會對隔膜、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)部的流體流動狀態(tài)及溫度分布，對于提高電解槽的性能和可靠性至關重要。

傳統(tǒng)電解槽的開發(fā)主要依賴經(jīng)驗積累和尺寸放大，以實現(xiàn)產(chǎn)氣量的提升。然而，這種方法忽視了尺寸放大對流體流動狀態(tài)的不利影響，導致大產(chǎn)氣量電解槽的可靠性問題頻發(fā)。為了提升電解槽的開發(fā)質(zhì)量，必須對其內(nèi)部的流體流動狀態(tài)和溫度等因素有直觀的認識，從而避免相關問題的發(fā)生。

三一氫能依托三一集團資源，建立了完整的電解槽結(jié)構(gòu)-流場-溫度場的仿真體系、電化學仿真以及整機結(jié)構(gòu)強度的仿真驗證方法，可以自主完成電解槽仿真模擬工作，賦能產(chǎn)品研發(fā)和工藝設計的迭代優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)-流場-溫度場仿真

電解槽結(jié)構(gòu)設計方面，三一氫能建立了完整的電解槽結(jié)構(gòu)/流場/溫度場/多物理場的耦合仿真體系，指導電解槽整體結(jié)構(gòu)的迭代優(yōu)化，有效提高電解槽流場/溫度場均勻性，對于提高電解槽長期運行的穩(wěn)定性、降低電解能耗具有重要作用。

針對電解小室內(nèi)復雜的氣液流體流動狀態(tài)，通過構(gòu)建電解槽三維仿真模型，模擬極板結(jié)構(gòu)對流體流動及傳質(zhì)傳熱過程的影響，通過調(diào)整液道孔和氣道孔數(shù)量及位置、調(diào)整極板凹凸點高度及排布規(guī)律等方案，研究電解小室內(nèi)氣液流體流動和傳質(zhì)傳熱過程的變化規(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）

電化學仿真

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

（圖：電解小室電化學仿真）

整體結(jié)構(gòu)強度仿真

三一氫能針對零部件加工、槽體組裝等過程涉及的零部件運輸、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到有效平衡提供參考。

未來，三一氫能將繼續(xù)聚焦圓形槽、方形槽、PEM 槽、BOP 的“3+1”技術路線，不斷完善并強化集成設計、材料研發(fā)、仿真分析、試驗驗證、電氣控制、制造工藝、氫安全設計等七大核心能力。同時，三一氫能期待與行業(yè)客戶、設計院、供應商、科研院所、行業(yè)機構(gòu)等深化合作，共謀氫能裝備的高質(zhì)量發(fā)展，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻三一的力量與與三一方案。