燃料電池-微透平混合發(fā)電裝置系統(tǒng)建模與仿真.pdf

1、燃料電池（FC）是一種高效低污染的新型能量轉(zhuǎn)換裝置，其發(fā)電效率可達到50％~60％, 有非常好的發(fā)展前景，目前很多國家都很重視對燃料電池的研究開發(fā)工作。固體氧化物燃料電池（SOFC）是燃料電池的一種，由于它的排氣溫度很高，有非常大的余熱利用價值，若將SOFC和微型燃氣輪機（MGT）組成聯(lián)合循環(huán)裝置，可以大大提高熱效率，充分利用能源，還可以有效降低排放，減少污染。因此，由燃料電池和微型燃氣輪機組成的聯(lián)合循環(huán)裝置具有強大的生命力，對其進行性

2、能分析具有重要的現(xiàn)實意義。 由于燃料電池系統(tǒng)工作在高溫、封閉、復(fù)雜的環(huán)境下，內(nèi)部狀態(tài)測量極為困難，試驗分析代價很高，有時甚至是不可能的。為提高其性能并確保其安全、長壽命運行，本文采用數(shù)值分析的方法，建立燃料電池/微透平聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來對系統(tǒng)進行性能仿真分析。 本文研究工作主要分三個部分：第一部分對一個以天然氣為燃料采用內(nèi)部重整的管型SOFC堆進行了理論和性能分析。計算分析了系統(tǒng)參數(shù)（電流密度、工作溫度和壓力以及燃

3、料流量等）對電池性能（電池電壓、發(fā)電量及發(fā)電效率等）的影響。結(jié)果表明：增加電池的工作溫度和壓力都可以改善燃料電池的性能。第二部分利用有限元分析軟件FEMLAB對燃料電池進行穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬?；谫|(zhì)量、動量和能量平衡并耦合流體流動、熱量產(chǎn)生和傳遞以及電化學(xué)知識建立了管型SOFC的CFD模型。模型中采用質(zhì)量、動量、能量和組分守恒方程描述電池內(nèi)的流動、傳熱傳質(zhì)等物理過程，并研究了電池內(nèi)部的溫度、濃度、氣體流速及電流密度的分布情況。結(jié)果表明增大空氣