Modellierung und Simulation von Hochtemperatur ... - JuSER

2 LiteraturübersichtEs existiert eine Vielzahl an unterschiedlichen Ansätzen zur Einordnung und Klassifizierungvon Brennstoffzellmodellen. So können diese beispielsweise nach Brennstoffzelltyp, Modellierungsebene,Modellierungsdimension, Modellierungsansatz oder Lösungsmethode unterschiedenwerden. Um eine möglichst umfassende und allgemeine Gliederung der Modellierungsarbeitenvorzunehmen, bietet sich die Klassifizierung nach Modellierungsebenenan. Diese Modellierungsebenen können hinsichtlich der Auflösung in vier verschiedeneSkalen unterschieden werden: mikroskopische, mesoskopische, makroskopische Ebenesowie Systemmodellierung. Jede dieser Ebenen stellt bestimmte Phänomene und Effektein den Fokus. Zur Problemformulierung werden mathematische Gleichungen verwendet,die die einzelnen Variablen und Parameter miteinander verbinden und in einfachen Fällenentweder analytisch oder in komplexeren Situationen numerisch gelöst werden. Im Folgendenwerden die Charakteristika der vier Modellierungsebenen vorgestellt.2.1 ModellierungsebenenDie mikroskopische Modellierung betrachtet die Atome, Atomcluster und Moleküle. Bei diesenModellen werden die einzelnen Teilchen aufgelöst, wobei ihre Interaktionen im Fokusder Betrachtung stehen. Hierbei kann zwischen der quantenmechanischen und molekularenEbene unterschieden werden. Die quantenmechanische Ebene der Brennstoffzellmodellierung[5, 6] dient auf der einen Seite zur Aufklärung von fundamentalen Prozessenzwischen den kleinsten Teilchen wie der Protonen und Elektronen, mit denen zumBeispiel Alterungsmechanismen der Zelle aufgeschlüsselt werden können. Auf der molekularenEbene [6–8] hingegen werden unter anderem die Transporteigenschaften in denMembranen oder im Katalysator untersucht.Einige Modellierungsansätze, wie etwa die Latice-Boltzmann-Methode [9, 10], gehören zuder Mesoskalen-Modellierung. Das Ziel dabei ist die Abbildung der Ein- oder Zweiphasenströmungin der GDL. Zur Betrachtung des Fluids in der GDL werden Berechnungen vonWahrscheinlichkeiten und Molekülgruppierungen angewendet, da das Fluid weder als Molekülnoch als Kontinuum angesehen wird.5