【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池氣體擴散層三維重構領域，特別是涉及一種基于三維形態學的燃料電池氣體擴散層粘結劑重構方法、裝置及存儲設備。
技術介紹
1、質子交換膜燃料電池(proton?exchange?membrane?fuel?cell，pemfc)因其具有高能量密度、高工作轉化效率、低工作溫度且環保等諸多獨特的優勢，被視為當前最有前景的可以替代傳統化石能源的能源轉化裝置。目前，pemfc在某些國家和地區已經被廣泛應用于各種供能設備中，如汽車、固定和便攜式發電系統等。其中，氣體擴散層(gas?diffusionlayer，gdl)作為質子交換膜燃料電池中尺寸最大的多孔介質(如圖1所示)，主要負責傳輸反應氣體、導出電子、排出生成物水，因此深入研究gdl的微觀結構并了解其內部的傳輸特性對于提高pemfc的性能和耐久性十分關鍵。
2、目前，獲得gdl三維微結構的方法主要有2種，“圖像合成法”和“隨機重構法”。其中，“圖像合成法”主要使用x射線斷層攝影術(xct)或聚焦離子束(fib)或電子掃描顯微鏡(sem)的手段得到多幅二維圖像，然后對這些二維圖像進行處理并整合起來得到材料的微觀幾何構造，但是該方法成本較高，且受到圖像技術空間分辨率和各相分辨能力的限制，xct無法通過閾值分割區分出碳紙中的碳纖維和粘接劑，難以準確評價gdl性能，特別是gdl的導熱/導電性；同時在孔隙率一定的情況下，添加更多的粘結劑會增加孔隙相的扭曲度，從而降低gdl的有效擴散系數。而“隨機重構法”則是通過使用隨機數字發生器、構成材料的幾何分布統計信息并設置一系
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種氣體擴散層粘結劑重構方法、裝置及存儲介質，其基于三維形態學對重構纖維骨架進行膨脹，并進行粘結劑侵蝕；在保證重構模型核心參數相同的情況下，具有時間、經濟成本低、參數可調、擺脫樣本限制、可自行設計等優點，同時具有更廣泛的適用性。
2、為實現上述目的，本專利技術的第一方面提供一種氣體擴散層粘結劑重構方法，其包含如下步驟：s1、創建氣體擴散層隨機重構的纖維骨架的外包圍盒，將外包圍盒離散為若干個體素，所述體素的種類包括空體素和纖維骨架體素；
3、s2、遍歷外包圍盒內的所有體素，根據體素值信息判斷每個體素的種類，將位于纖維骨架表面的纖維骨架體素數據記為纖維等值面體素并存儲為第一數組，將空體素數據存儲為第二數組；s3、對纖維等值面體素進行三維形態學膨脹，遍歷第一數組，以第一數組中的每個所述纖維等值面體素為膨脹中心，以膨脹半徑rd進行膨脹，將位于膨脹半徑rd內的所有空體素設置為粘結劑體素；s4、對步驟s3獲得的粘結劑體素進行三維形態學侵蝕，遍歷第二數組，以第二數組中的每個所述空體素為侵蝕中心，以侵蝕半徑ed進行侵蝕，判斷在侵蝕半徑ed內是否存在纖維等值面體素，若不存在纖維等值面體素，則將小于侵蝕半徑ed的粘結劑體素設置為空體素；s5、判斷所述粘結劑體素的體積分數或質量分數是否滿足要求值；若不滿足，則重復步驟s3和/或步驟s4，直至粘結劑體素的體積分數滿足要求值。
4、優選的，步驟s2中判斷纖維骨架體素是否位于纖維骨架表面的判斷標準為：判斷每個所述纖維骨架體素周圍的26個體素，若存在一個以上的空體素，則該纖維骨架體素位于所述纖維骨架表面，將該纖維骨架體素記為所述纖維等值面體素。
5、可選的，若步驟s5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數大于要求值，則增大侵蝕半徑ed，重復步驟s4。
6、可選的，若步驟s5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數小于要求值，則減小侵蝕半徑ed，重復步驟s3～步驟s4。
7、優選的，步驟s3具體包括如下步驟：
8、s31、以第一數組中的任一纖維等值面體素id[x,y,z]為膨脹中心，膨脹半徑為rd，遍歷{x,y,z|x-rd≤x≤x+rd,y-rd≤y≤y+rd,z-rd≤x≤z+rd}膨脹范圍內的第一體素；
9、s32、分別計算在膨脹范圍內的每個第一體素id[x1,y1,z1]與步驟s31中的膨脹中心id[x,y,z]之間的第一距離d1，設向量兩個體素之間的第一距離當第一距離d1小于膨脹半徑rd，且第一體素值為空體素時，將該第一體素設置為所述粘結劑體素；
10、s33、重復步驟s31～步驟s32，直至遍歷完第一數組中的所有纖維等值面體素。
11、優選的，當所述侵蝕形狀為球形時，步驟s4具體包括如下步驟：
12、s41、以第二數組中的任一空體素id[x2,y2,z2]為侵蝕中心，侵蝕半徑為ed，遍歷{x,y,z|x2-ed≤x≤x2+ed,y2-ed≤y≤y2+ed,z2-ed≤x≤z2+ed}侵蝕范圍內的第二體素；
13、s42、分別計算在侵蝕范圍內的每個第二體素id[x3,y3,z3]與步驟s41中的侵蝕中心id[x2,y2,z2]之間的第二距離d2，設向量兩個體素之間的第二距離當侵蝕半徑ed內無纖維等值面體素時，將第二距離d2小于侵蝕半徑的粘結劑體素設置為空體素；
14、s43、重復步驟s41～步驟s42，直至遍歷完第二數組中的所有空體素。
15、優選的，當所述侵蝕形狀為圓盤形時，步驟s42還包括：判斷第二體素id[x3,y3,z3]與侵蝕中心id[x2,y2,z2]的方向向量與圓盤方向向量是否垂直；當侵蝕半徑ed內無纖維等值面體素時，且第二體素id[x3,y3,z3]與侵蝕中心id[x2,y2,z2]的方向向量與圓盤方向向量垂直時，將第二距離d2小于侵蝕半徑的粘結劑體素設置為空體素。
16、優選的，當所述侵蝕形狀為圓盤形時，且所述圓盤的方向向量對步驟s3獲得的粘結劑體素沿z方向進行二維形態學侵蝕，步驟s4具體包括如下步驟：
17、s401、遍歷z＝z平面內所有體素，將z＝z平面內的空體素數據本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，步驟S2中判斷纖維骨架體素是否位于纖維骨架表面的判斷標準為：判斷每個所述纖維骨架體素周圍的26個體素，若存在一個以上的空體素，則該纖維骨架體素位于所述纖維骨架表面，將該纖維骨架體素記為所述纖維等值面體素。
3.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，若步驟S5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數大于要求值，則增大侵蝕半徑ED，重復步驟S4。
4.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，若步驟S5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數小于要求值，則減小侵蝕半徑ED，重復步驟S3～步驟S4。
5.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，步驟S3具體包括如下步驟：
6.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，當所述侵蝕形狀為球形時，步驟S4具體包括如下步驟：
7.如權利要求6所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，當所述侵蝕形狀為圓盤
8.如權利要求7所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，當所述侵蝕形狀為圓盤形時，且所述圓盤的方向向量對步驟S3獲得的粘結劑體素沿Z方向進行二維形態學侵蝕，步驟S4具體包括如下步驟：
9.一種氣體擴散層粘結劑重構裝置，其特征在于，包括：處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由所述處理器加載并執行以實現如權利要求1至8任一所述的氣體擴散層粘結劑重構方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質中存儲有至少一條程序代碼，所述程序代碼由處理器加載并執行以實現如權利要求1至8任一所述的氣體擴散層粘結劑重構方法。
...【技術特征摘要】
1.一種氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，步驟s2中判斷纖維骨架體素是否位于纖維骨架表面的判斷標準為：判斷每個所述纖維骨架體素周圍的26個體素，若存在一個以上的空體素，則該纖維骨架體素位于所述纖維骨架表面，將該纖維骨架體素記為所述纖維等值面體素。
3.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，若步驟s5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數大于要求值，則增大侵蝕半徑ed，重復步驟s4。
4.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，若步驟s5中判斷的粘結劑體素的體積分數或質量分數小于要求值，則減小侵蝕半徑ed，重復步驟s3～步驟s4。
5.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，步驟s3具體包括如下步驟：
6.如權利要求1所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，當所述侵蝕形狀為球形時，步驟s4具體包括如下步驟：
7.如權利要求6所述的氣體擴散層粘結劑重構方法，其特征在于，當所述侵蝕形狀為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陸葉，
申請(專利權)人：數智氫芯南京新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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