目录1. 理论知识1.1 Gambit软件的介绍1.2 Fluent软件的介绍1.3 Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安装介绍2. 建模过程2.1 Gambit 启动2.2 建立几何模型3. 网格划分3.1 划分网格3.2 检查网格划分情况3.3 设置边界类型3.4 输出网格文件4. 计算求解4.1 检查网格并定义长度单位4.2 设置计算模型4.3 设置流体材料属性4.4 设置边界条件4.5 求解初始化4.6 设置残差监视4.7 保存case文件4.8 求解计算4.9 保存计算结果5. 后期处理5.1 读入case和data文件5.2 显示网格5.3 创建相关面5.4 计算各单电池获得的质量流率5.5 绘制图表6. 参考第一章 理论知识1.1 Gambit软件的介绍 GAMBIT是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学〔CFD〕模型和其它科学应用而设计的一个软件包GAMBIT通过它的用户界面〔GUI〕来接受用户的输入GAMBIT GUI简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，然而这对很多的模型应用已是足够了 面向CFD分析的高质量的前处理器，其主要功能包括几何建模和网格生成。
由于GAMBIT本身所具有的强大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前处理软件中，GAMBIT稳居上游 GAMBIT软件具有以下特点： ☆ ACIS核基础上的全面三维几何建模能力，通过多种方式直接建立点、线、面、体，而且具有强大的布尔运算能力，ACIS核已提高为ACIS R12该功能大大领先于其它CAE软件的前处理器； ☆ 可对自动生成的Journal文件进行编辑，以自动控制修改或生成新几何与网格； ☆ 可以导入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何和网格导入过程新增自动公差修补几何功能，以保证GAMBIT与CAD软件接口的稳定性和保真性，使得几何质量高，并大大减轻工程师的工作量； ☆ 新增PRO/E、CATIA等直接接口， 使得导入过程更加直接和方便； ☆ 强大的几何修正功能，在导入几何时会自动合并重合的点、线、面；新增几何修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且准确保证几何体的精度； ☆ G/TURBO模块可以准确而高效的生成旋转机械中的各种风扇以及转子、定子等的几何模型和计算网格； ☆ 强大的网格划分能力，可以划分包括边界层等CFD特殊要求的高质量网格。
GAMBIT中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格； ☆ 先进的六面体核心(HEXCORE)技术是GAMBIT所独有的，集成了笛卡尔网格和非结构网格的优点，使用该技术划分网格时更加容易，而且大大节省网格数量、提高网格质量； ☆ 居于行业领先地位的尺寸函数〔Size function〕功能可使用户能自主控制网格的生成过程以及在空间上的分布规律，使得网格的过渡与分布更加合理，最大限度地满足CFD分析的需要； ☆ GAMBIT可高度智能化地选择网格划分方法，可对极其复杂的几何区域划分出与相邻区域网格连续的完全非结构化的混合网格； ☆ 新版本中增加了新的附面层网格生成器，可以方便地生成高质量的附面层网格； ☆ 可为FLUENT、POLYFLOW、 FIDAP、ANSYS等解算器生成和导出所需要的网格和格式1.2 Fluent软件的介绍CFD商业软件介绍之一——FLUENT 通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩围的复杂流动由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最正确的收敛速度和求解精度灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。
FLUENT软件具有以下特点： ☆FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法； ☆定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能； ☆FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题； ☆FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术； ☆FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的； ☆FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。
另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型； ☆适用于牛顿流体、非牛顿流体； ☆含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射； ☆化学组份的混合/反应； ☆自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型； ☆融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型； ☆离散相的拉格朗日跟踪计算； ☆非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型〔考虑多孔介质压力突变〕； ☆风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型； ☆惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格； ☆动静翼相互作用模型化后的接续界面； ☆基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型； ☆质量、动量、热、化学组份的体积源项； ☆丰富的物性参数的数据库； ☆磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题； ☆连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题； ☆高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；置MPI并行机制大幅度提高并行效率另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算； ☆FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口〔UDF〕； ☆FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机存的利用率。
1.3 Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安装介绍1) 将压缩包解压为三个文件夹到D盘，如图1-1所示图1- 1压缩包解压文件2) 安装环境exceed.13i. 如图1-2所示，双击应用程序Msetup进行安装图1- 2 文件夹exceed.13ii. 弹出窗口如图1-3所示，点击install exceed图1- 3 exceed.13安装iii. 弹出窗口如图1-4所示，点击personal installation图1- 4 exceed.13安装iv. 弹出窗口如图1-5所示，选择english，点击OK图1- 5 exceed.13安装v. 剩余步骤按照提示操作直至安装结束3) 安装gambiti. 在解压缩后的文件夹，双击应用程序gambit-install-2.4.6，如图1-6所示图1- 6 gambit解压缩文件夹ii. 弹出对话框如图1-7所示依次按照提示点击next图1- 7 gambit安装iii. 将安装文件保存到D盘，如图1-8所示〔与此前安装的exceed，以及此后将要安装的fluent都置于同一个根目录下，以免运行时报错。
〕图1- 8 gambit安装依次按照提示点击next，直至安装结束iv. 将图1-6所示的拷贝到D:\fluent.Inc\license将拷贝到D:\Fluent.Inc\gambit2.4.6勾掉选项，不要对server name进行设定)v. 安装结束，重启电脑4) 安装fluenti. 打开已解压缩的文件夹，双击进行安装ii. 按照提示点击next，同样将其安装到D:\fluent.Inc如图1-9所示图1- 9 fluent安装iii. 安装结束之后，将fluent解压缩后的文件夹的拷贝到D: Fluent.Inc\licenseiv. 重启电脑，安装成功第二章 建模过程2.1 Gambit启动1) 双击桌面的Gambit 2.4.6 快捷方式，如图2-1；弹出对话框，如图2-2，单击Run，启动Gambit软件，窗口布局如2-3所示图 2- 1启动GAMBIT 图 2- 2 Gambit Startup 对话框图 2- 3 Gambit 窗口布局2.2 建立几何结构1) 建立气道部分操作步骤：i. operation → geometry → volume ，弹出创建立方体的对话框，在对应的width〔X〕、depth〔Y〕、height〔Z〕填入相应数据，如图 2-4 所示。
图 2- 4 立方体设置对话框点击apply，所创建的立方体如图2-5所示图 2- 5 单条气道可以按下鼠标左键来转动图形，按下右键上下拖动可以缩放图形ii. 点击， 弹出对话框，点选 copy=16，z=-6，其他设置不变，结果如图2-6所示图 2- 6 copy volumes 界面首先在的黄色区域单击左键，再按住shift键，左键点击已画出的立方体模型，模型变成红色，同时黄色区域自动显示所选模型的编号，如，最后点击apply，得到界面如图2-7所示图 2- 7 气道部分iii. 构建气道的导流部分如步骤a)所示，设置参数如图2-8，得到界面如图2-9图 2- 8 分流部分设置图 2- 9创建分流部分接着，移动刚创建的长方体首先确定相关点的坐标，步骤如图2-10所示图 2- 10 确定相关点的坐标 图 2- 11 提取点的代号按住shift，左键点击模型上任一点，黄色区域会自动提取点的代号，如图2-11所示点击apply，主界面下方transcript将显示该点的坐标，如图2-12所示图 2- 12显示该点的坐标将与移动模型所需的点的坐标记录好之后，便可以开始移动模型了。
相关参数设置如图2-13图 2- 13模型移动参数设置 图2- 14 导流部分图按住shift键，左键点选刚创建的模型，该模型变成红色，说明已点选成功，同时，图2-13黄色区域将显示出相应的模型编号点击apply，得到界面如图2-14所示点击左边刚移动的模型，将其映射到X轴正向设置参数，如图2-15所示图 2- 15 导流部分映射〔a〕 图 2- 16 导流部分映射〔b〕点击图中define按钮，弹出对话框，如图2-16所示选择X negative，点击apply弹回到2-16界面，再次点击apply得到界面如图2-17所示图 2- 17 气道部分模型iv. 构建气道主管部分步骤如d)所示，相关尺寸设置如图2-18所示图 2- 18 主管部分参数 图 2- 19 模型移动将刚生成的长方体按照图2-19所示参数进行移动，得到结构如图2-20图 2- 20 主管inlet1部分结构 图 2- 21 创建主管inlet1剩余结构同样的方法再一次建立一个长方体，参数为width(x)=10, depth(y)=4.5, height(z)=23。
如图2-21所示将a点移动到b点，参数如图2-22，得到模型如图2-23所示图 2- 22移动a点到b点 图2- 23 主管inlet1结构复制主管部分按住shift键，左键连续点击上步所构建的主管部分，两个部件都变成红色，表示已选定，相关参数设置如2-24所示图 2- 24 主管复制并移动图 图2- 25 主管inlet建立完成点击apply，得到界面如图2-25所示按照2-16所示的映射方式，将刚构建的三个主管映射到另外一侧，得到界面如图2-26所示图 2- 26 单电池完整2D视图按住左键，转动模型，可以看到各个部分的情况将所有部件合为一体步骤如图2-27所示图 2- 27 合并各部件图 2- 28 合并步骤3对话框步骤3点击之后，弹出对话框，如图2-28所示完成步骤2后，主界面上所有部件全部变为红色，说明已全部选中点击2-27中的apply，所有部件合为一体如图2-29所示图 2- 29 单电池完整3D视图至此，单电池气道模型构建结束另附一些视图效果的处理。
在整个操作界面的右下角global control，如图2-30所示按住右键点击，弹出菜单，选择，得到模型的三维视图图 2- 30global control回到global control 菜单，点击，弹出菜单special display attributes，相关设置如图2-31所示图 2- 31special display attributes设置得到没有显示点的实体模型，如图2-32所示图 2- 32 单电池3D实体模型视图v. 堆叠单电池，形成含有十层单电池的电堆操作如图2-33所示图 2- 33 堆叠10层单电池执行完1-5步之后，左键点击黄色区域，再按住shift键，左键点击所构建的单电池，选定需要复制的部件之后，执行第6步，得到界面，如图2-34所示图 2- 34 10层电堆结构图执行图2-27,图2-28所示步骤，将十层单电池合为一体并且执行图2-30以及图2-31所示步骤，得到界面如图2-35所示图 2- 3510层电池堆3D实体模型视图接下来，将模型保存操作如图2-36所示图 2- 36 保存模型文件〔1〕 图 2- 37 保存模型文件〔2〕设置保存名称10-cell stack，如图2-37所示。
点击accept，保存完毕至此，十层电堆模型构建结束第三章 网格划分3.1 网格划分针对本模型，采用六面体网格具体操作步骤如图3-1所示：图 3- 1 网格划分参数设定在按住shift，点选模型之后，黄色部分自动显示所选模型代号，element将自动选择hex，type自动选择submap〔注：此处亦可根据运算的需要选择其它类型网格，详情参考后附的gambit中文帮助中关于网格划分的章节作者尝试过使用四面体网格进行划分，不仅划分速度较慢，而且在进行网格检查的时候发现网格的扭曲度较大，计算结果的可靠度不高读者可自行尝试划分，并同六面体结构化网格相比较〕在spacing下可根据计算的精度选择网格的尺寸interval size，本例选择1如图3-2所示图 3- 2 网格尺寸选择点击apply，系统开始划分网格，界面如图3-3所示图 3- 3 网格划分过程界面注：以上直接进行网格划分的方法通常只对于简单的模型，对于结构较为复杂的算例，比如本例而言，那么会出现以下问题，如图3-4所示图 3- 4 直接划分出的不规那么网格由于模型结构的原因，部分网格将会出现扭曲和不规那么，这是划分网格的大忌，将严重影响随后进行的计算的精读。
所以，针对复杂的结构，应该将其分割成较为简单和规那么的结构来进行单独划分针对本例，可将十层电堆重新划分成十个单层电池，分别对各层单电池进行划分，网格类型为六面体网格〔注：这样的划分方案看似和之前电堆的建模过程相矛盾，实那么是不同的，此时的重新分割是通过建立虚拟存在的面来划分，旨在使得网格划分的结构更简单，同时保证各层单电池的网格是相互连接的并且，十层单电池单独按次序划分结束后也并不需要再将十层结构再进行一次合并，因为之前进行的划分是虚拟划分〕详细步骤如下1) 创建用于分割电堆的面步骤如图3-5所示得到界面如图3-6所示图 3- 5创建用于分割的面图 3- 6 创建的面的示意图此时，需将所创建的面移动到电堆的最底层和倒数第二层的交界处步骤如3-7所示图 3- 7 移动分割面将此面复制到相邻的两个单电池之间共需向上复制8个步骤如图3-8所示图 3- 8 复制分割面得到界面如图3-9所示图 3- 9 分割面建立成功2) 分割实体通过所建立的面，将电堆划分为十个单电池步骤如图3-10所示图 3- 10 分割实体过程设置得到效果如图3-11所示图 3- 11 电堆被分割后的效果图3) 单独划分从电堆的最上层单电池开始，依次向下进行划分。
针对最上层的单电池，步骤如图3-12所示图 3- 12 单独划分网格设置过程如图3-13所示图 3- 13 单独划分网格过程该层电池划分结束，粗略的可以发现，所划分的网格较图3-4中所示的效果而言，没有出现扭曲的现象，非常规整如图3-14所示〔具体的网格数据在随后的步骤中将会给出〕图 3- 14 部分网格示意图剩下的单电池划分方式相同逐一划分结束之后将得到如图3-15所示的效果图 3- 15 电堆网格整体示意图3.2 检查网格划分情况点击位于主界面右下角工具栏中的图标，打开网络设置对话框，如图3-16所示图 3- 16网格检查1) 在display type〔显示类型〕项选择plane〔平面〕2) 选择3D element 以及3) 在quality type 〔质量类型〕项选择equalangle skew 4) 在cut orientation 项， 用鼠标左键拖动Z轴滑块，会显示不同的Z值平面上的网格5) 在cut orientation 项，用鼠标左键拖动X或Y轴滑块，那么会显示X和Y平面上的网格6) 在display type项选择range，点击对话框下部滑块可选择显示的比例及大小。
同时可以看出网格总数以及每一部分的网格质量好坏3.3 设置边界类型注意：在设置边界类型之前，可按照之前介绍的方法，在中将网格设置为不可见，这样利于计算机减少在这个阶段的计算量，同时便于对相关面进行观察和设置1) 设置入口边界操作如图3-17所示图 3- 17 边界类型设置注：第五步时，右键长按，拖动选择velocity_inlet第六步时，按住shift键，左键点选模型中的第一个入口，变成红色说明选中为inlet 1如图3-18所示图 3- 18 选择inlet1以相同的方式设置其他两个速度入口inlet 2和inlet 32) 设置出口边界如同设置inlet的方式，点选模型另一侧的三个面来设置oulet1，outlet2和outlet3注意type项要相应的选择pressure_out边界类型设置完毕之后的界面如图3-19所示图 3- 19 边界类型设置完成注意：对于其他未设置的面，默认为固壁3.4 输出网格文件操作如图3-20所示图 3- 20 网格输出 图 3- 21 文件名称保存保留默认设置，点击accept确认如图3-21所示第四章 计算求解4.1 检查网格并定义长度单位1) 启动fluent 6.3.26点击fluent 6.3.26图标，弹出对话框，如图4-1所示。
选择3d，点击run图4- 1 启动fluent2) 读入网格文件如图4-2所示操作顺序图4- 2 读入网格信息在相应的文件夹找到之前保存的10-cell stack.msh读入读入后界面如图4-3所示图4- 3 网格信息显示3) 网格光滑与交换操作如图4-4所示图4- 4 网格光滑弹出对话框如图4-5所示图4- 5 网格光划过程反复点击smooth和swap，直到主界面显示的数据没有变化，显示no nodes moved, smoothing plete. Done.为止关闭对话框4) 确定长度单位为cm依次点击grid-scale，打开长度单位设置对话框，如图4-6所示图4- 6 设置模型尺寸i. 在1处点选mmii. 点击2处后，此时domain extents的单位全部变为mmiii. 点击3处，界面给出区域的围5) 检查网格依次点击grid—checkFluent会对网格进行各种检查并在信息反馈窗口中显示检查过程和结果，如图4-7所示图4- 7 检查网格信息其中，特别需要注意的是，最小体积必须是正值，不能有警告或者错误信息，最后一行必须是Done6) 显示网格依次点击display—grid，打开网格显示对话框后，按图4-8操作，可得到区域网格图。
图4- 8 显示网格4.2 设置计算模型1) 设置求解器按照图4-9顺序操作，弹出求解器设置对话框，如图4-10所示图4- 9 设置计算模型图4- 10模型设置信息保留原始设置，点击OK2) 启动能量方程点击define—models—energy，打开能量方程设置对话框，如图4-11所示，点击OK图4- 11 设置能量方程3) 设置层流模型点击define—models—viscous，打开对话框，如图4-12所示，点选laminar，其他保留初始设置，点击OK图4- 12 设置层流模型4.3 设置流体的材料属性点击define—materials，打开材料属性设置对话框，如图4-13所示图4- 13设置流体材料属性i. 点击右侧的fluent database，打开流体材料库对话框，如图4-14所示图4- 14 选择流体材料为氢气ii. 在fluent fluid materials列表中选择hydrogeniii. 点击copy，点击closeiv. 回到图4-13，此时material name里面显示的就是刚才点选的hydrogen了，点击change/creatv. 点击close，关闭材料属性设置对话框。
4.4 设置边界条件依次点击Define—boundary condition，打开边界条件设置对话框，如图4-15所示1) 选择工作流体为氢气按照图4-15所示步骤执行图4- 15 选择工作流体为氢气2) 设置入流口的边界条件Inlet 1操作步骤如图4-16、4-17所示图4- 16 inlet1设置〔1〕图4- 17 inlet设置〔2〕补充说明：i. 第四步，速度0.94m/s的设置参考：A key geometric parameter for the flow uniformity in planarsolid oxide fuel cell stacks. Wuxi Bi, Daifen Chen, Zijing Lin*. internatinal journal of hydrogen energy 3 4 ( 2 0 0 9 ) 3 8 7 3 – 3 8 8 4. 中的3.3节，关于入口速度的计算公式ii. 第六步，反应温度取1073K，此时的氢气密度经计算为0.02287kg/m3iii. 其余两个入流口inlet2 和inlet3的操作和inlet1相同3) 设置出流口的边界条件Outlet1的操作步骤如图4-18所示。
图4- 18 outlet1设置Outlet2和outlet3的步骤与上述相同4.5 求解初始化点击solve—initialize—initialize…，打开求解初始化设置对话框，如图4-19所示图4- 19 模型初始化完成流场初始化4.6 设置残差监视点击solve—monitor—residual…，打开监视器设置对话框，如图4-20所示图4- 20 残差监视窗口补充说明：第二部将数值设定为1e-06，这是比较高的收敛值，虽然会降低计算的速度，但可以使得计算的精度更好4.7 保存case文件点击file—write—case…，保存文件名为10-cell stack.cas4.8 求解计算点击solve—iterate…，打开迭代计算对话框，如图4-21所示图4- 21 计算迭代窗口Fluent开始计算在迭代191次后，计算收敛，残差监视曲线如图4-22所示图4- 22 残差监视曲线补充说明〔一〕:关于计算是否收敛的判断图4-22 是计算进行到第191 步时残差曲线的走势因为没有普适的收敛判断标准，所以在观察残差曲线时，不要仅仅监视残差曲线下降的数量级，最好同时能够监视相关流场变量的变化情况。
简单地说，可以用三种方法判断计算是否已经收敛：〔参考：流体中文网fluent全攻略.pdf〕〔1〕观察残差曲线可以在残差监视器面板中设置Convergence Criterion〔收敛判据〕，比如设为10-6，那么残差下降到小于10-6 时，系统即认为计算已经收敛并同时终止计算〔2〕流场变量不再变化有时候不论怎样计算，残差都不能降到收敛判据以下此时可以用具有代表性的流场变量来判断计算是否已经收敛——如果流场变量在经过很多次迭代后不再发生变化，就可以认为计算已经收敛〔3〕总体质量、动量、能量达到平衡在Flux Reports〔通量报告〕面板中检查质量、动量、能量和其他变量的总体平衡情况通过计算域的净通量应该小于0.1%Flux Reports〔通量报告〕面板如图4-23 所示，其启动方法为：Report -> Fluxes图4- 23 Flux Reports〔通量报告〕面板4.9 保存计算结果点击file—write—data…，保存的文件名为10-cell stack.dat补充说明〔二〕：如何将fluent背景设置为白色方法一：打开Fluent软件，在file里选择hardcopy，进入对话框后，去掉Reverse foregroung/background，然后点击Preview，弹出的对话框选Yes，然后再勾选Reverse foregroung/background，点击Preview，弹出对话框选择No,你会发现此时Fluent 的图片背景是白色的了；方法二：如果只是想要图片贴到WORD中，那还有一种更简单的方法，就是直接右击图片框上面的蓝色栏，选择copy to Clipboard，复制到WORD里就是白色背景，不过不会发现颜色比在Fluent中淡些。
建议用第一种方法！参考：第五章 后期处理5.1 读入case和data文件点击file—read—case&data，读入10-cell stack.cas和10-cell stack.dat5.2 显示网格〔结构〕点击display—grid，打开网格显示对话框，点击display，显示网格如图5-1所示图5- 1 网格显示补充说明：1) Option项可以选择需要观察的线或者面2) 在edge type中，如果只想观察结构，不需要观察网格，就选择feature3) 在surface中可以选择需要观察的面4) 可以利用鼠标左键和中键对图形进行旋转、缩放和移动5.3 创建相关面本算例旨在研究整个电堆的气流分布均匀性，这就需要将每一层单电池获得的气流量进行比较，故本节的主要工作是测量每一层单电池三个气流出口〔outlet1、outlet2以及outlet3〕的质量流率由于整个十层电堆是联成一体的，fluent只能直接计算出整个电堆的总出口的质量流率，而不能直接计算出每一层单独的质量流率，所以需要创建相关的面，也就是整个电堆的outlet在y轴正向上的假设干横截面来分别对每一层电池进行质量流率的计算。
具体步骤如下：1) 点击surface—plane，打开plane surface窗口设置如图5-2所示：图5- 2 创建相关的面所构成的面plane-1如图5-3中红色部分所示Plane-1是最底层单电池的气流出口，也是整个电堆的outlet1+outlet2+outlet3的总和图5- 3 plane-1 示意图补充说明：i. 关于步骤2：points中三个点坐标的解释Fluent中plane surface所创建的面可由三个相关的点构成，如图5-3中所示的三个点即为图5-2中points所指示的点Points中的三个相关点的坐标，可以在gambit过点坐标的测量得到具体方法见本文2-10ii. 在步骤4之后，如果fluent没有报错，那么相关的面〔比如plane-1〕就构建成功了就可以通过display来查看刚才构成的面是否符合要求操作如图5-4所示图5- 4 网格显示针对本例，此处的目的是查看所构建的plane是否和整个电堆的出口面积相同，同时，整个电堆的出口面积是outlet1+outlet2+outlet3的总和，所以在surfaces项选择查看这四个面，如果在图像上是重合的，那么说明所构建的plane是符合要求的。
面积计算方法：点击report—surface integrals…,如图5-5所示图5- 5 面积计算步骤3之后，fluent便会给出计算结果，如图5-6所示图5- 6 面积计算结果可以得出结论：plane-1符合要求2) 创建好基准面plane-1之后，按照图5-2中显示的点的要求，只需将三个点的y坐标沿y轴正方向移动一个单电池的高度6mm，即得到第二层单电池的气体流出口截面值得注意的是，此截面是相邻两个单电池的交界面，为了避免计算中可能出现的临界面的误差，可以将第二层的气体流出口截面稍稍再向y轴正方向移动1mm，比如：将y0=-5.25mm更改为y0=-5.25+6+1=1.75mm，其他保持不变，由此创建plane-2以此类推，创建剩余所需的界面只需在plane-2的基础上向y轴正方向移动一个单电池的高度6mm就可以全部避开临界面，并且满足计算的要求由此得到的结构如图5-7所示图5- 7 planes 示意图5.4 计算各单电池的质量流率点击report—surface integrals…,相关设置如图5-8所示图5- 8质量流率计算1) 由于本例没有添加电池电极材料的化学反应，不考虑传热，所以应当首先计算整个电堆的气流进出口质量流率是否相当，以验证模型的正确性。
如图5-8中所示，计算截面surfaces中选定三个进口以及三个出口，计算结果如图5-9所示图5- 9 总管质量流率计算结果可以看出，进出口质量流率基本保持守恒模型符合要求2) 在图5-8所示的surfaces里面选择plane-1到plane-10全部的截面点击pute得到计算结果如图5-10所示图5- 10 每个截面质量流率计算结果上图中所示的便是流经每一个截面的质量流率，〔注：负值表示气体流向为y轴负方向〕但还不能被描述为每个单电池各自获得的气体质量流率，还需要将这些数据进行简单的处理以plane-2为例，在图5-10中与之对应的数据4.7654128e-05kg/s是包含流经第二层单电池及其以上所有单电池的气体质量流率之和，故应该用plane-2与plane-3的质量流率之差来表示第二层单电池单独获得的气体质量流率3) 点击5-8中的write，可将数据输出为文本文档，将文本文档中的数据在excel中打开可计算出每个单电池单独获得的气体质量流率计算结果如图5-11所示图5- 11 每个单电池单独获得的气体质量流率5.5 绘制图表根据5-11中的数据可绘制出表5-1图5- 12 10层电堆燃料气道对应的燃料分布根据参考：A key geometric parameter for the flow uniformity in planarsolid oxide fuel cell stacks. Wuxi Bi, Daifen Chen, Zijing Lin*. internatinal journal of hydrogen energy 3 4 ( 2 0 0 9 ) 3 8 7 3 – 3 8 8 4. 中的2.3节，关于气体均匀度的计算公式。
可以计算出本算例的气体均匀度U=0.98。