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加速度方向对电堆注液的影响
孙昕昊张润来
中国电子科技集团公司天津电源研究所天津市西青区海泰科技园区华科七路六号300000
摘要：本文使用VOF两相流模型计算了加速度方向对U型电堆注液过程的影响。结果发现，当U型电
堆注液时远离进出水口一侧先注液，靠近进出水口一侧最后注液。当加速度对注液过程影响有限，当加
速度与入口方向相同/相反时，会加剧/减小各单体电池注液量的差距。
概述
现有水激活电池在工作时会随产品一起运动。产品运动轨迹非常复杂，包含水平前进、
上升、下降以及旋转等姿态。在此过程中电池所受重力加速度方向可能是任意方向。而电
池正是在重力加速度变化较大的时间内完成注液激活过程，因此需要分析不同方向的重力
加速度对注液激活过程的影响。该仿真项目主要的技术难点在与气液两相流流场仿真。
FLUENT中提供的三种两相流模型，其中VOF两相流模型最为简单。如使用VOF两相流模型，
可以极大的提高计算的稳定性，保证收敛，由可以节省计算资源。但VOF两相流模型假定
气液两相之间没有互混，即两项之间由较大的、连续的分界面。由于在电池注液过程中，
可以不考虑电极生成气泡的问题，可以认为注液后气液两相没有相互参混，因此判断VOF
两相流模型不会引起较大误差。
1几何模型
本文以圆柱形薄片代替单体电池，由进出口总管相连，组成U型电堆。进出口总管为
10*10的正方形。其它具体尺寸表１所列。电堆模型及坐标轴方向如图1所示。
表1电堆建模详细尺寸（ｍｍ）
内容数值(mm)内容数值(mm)
单体半径324进出口位置±140
单体循环厚度1.5进水管长度10
单体厚度0.5出水管长度100
图1几何模型
2网格划分
单体X-Y平面内的网格剖分如图2所示，进出口局部网格剖分如图3所示。
图2单体网格剖分图3总管局部网格剖分图4Z向网格剖分
由图2可知，单体X-Y品面整体网格均匀，质量较高，进出口总管局部网格加密。由
于表面张力和壁面粘附力对两相流影响巨大，因此由图3可知，进出口总管内壁面和单体
圆周内壁面均有边界层网格。由图4可知，单体循环沿Z向共剖分15层：单体内5层，
前后总管各5层。
3边界条件
边界条件、初始条件由输入指定，具体设置如表２所列。
2
表2边界条件设置
边界条件类型数值
Mixture101325Pa
入口Mass-FlowinletPrimary-air0kg/s
Secondarywater0.5kg/s
出口PressureoutletMixture101325Pa
4计算模型
湍流方程
由于单体厚度只有0.
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