拉伸网流道结构对碱性水电解槽流动与电化学特性影响的模拟研究

摘要

碱性电解水作为当前绿色氢能制备的关键技术之一，因其设备成本低、技术相对成熟等优势而被广泛应用.然而，受限于传统电解槽结构中气体脱离效率低、极化损失大以及流动不均等问题，其整体能效与稳定性仍有较大提升空间.新型流道支撑结构的拉伸网，在具备良好机械性能的同时，还能实现更加均匀的流场分布.为了深入揭示碱性水电解槽内部的传质传热与电化学耦合机制，提升系统性能与结构设计水平，本文以拉伸网流道电解槽为对象，围绕几何结构（网孔长轴、网孔短轴、网高）与流动配置（流动方向）等关键参数，开展了基于多物理场耦合建模与优化分析的系统研究.研究通过构建涵盖气液两相流、传热与电化学反应过程的三维多物理场耦合模型，分析电解槽内部复杂物理过程的相互作用机制.模拟结果揭示了各设计变量对气泡脱除效率、局部电流密度分布及小室压降的影响规律，为拉伸网流道碱性水电解槽流动与电化学性能优化提供指导方向.

关键词

氢能 / 碱性电解水 / 拉伸网结构 / 多物理场建模 / 模拟仿真

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52476222）; 国家重点研发计划资助项目（2021YFF0500503）; 陕西省自然科学基础研究计划项目（2025JC-JCQN-018）; 中石油科技项目（2024YQX202）