固體氧化物燃料電池熱力電化學耦合數(shù)值模擬.pdf

1、能源問題是目前世界各國廣泛關注的問題，也是人類賴以生存的命脈。固體氧化物燃料電池（Solid oxide fuel cell，SOFC）作為一種新型的能源轉換裝置，具有清潔高效、安全性高和燃料來源廣泛等優(yōu)點，已成為當前的研發(fā)熱點。然而，由于其運行需伴隨復雜物理化學過程，如熱量傳輸、組分傳輸、電化學反應、電流傳輸?shù)取Ｊ軐嶒炇侄蔚南拗?，難以全面分析SOFC運行過程中的眾多影響因素及運行機理。因此，采用數(shù)值仿真分析方法對SOFC進行熱流電化學

2、及熱力學耦合分析具有重要的意義。本論文基于流體力學、計算流體力學、電化學、熱力學等基本理論，結合計算流體力學軟件FLUENT及有限元分析軟件ANSYS，在本實驗室前期研究的基礎上，對SOFC結構的優(yōu)化設計及熱流電化學熱力學耦合模型進行了深入研究，主要研究內容包括：
　　 ⑴以甲烷作為燃料氣，考慮了重整反應及水交換反應氣體動力學、以及電化學反應過程中的組分和能量源項，基于多組分混合氣體在多孔介質中的擴散模型和“塵氣模型”建立了SO

3、FC的熱力電化學耦合模型。
　　 ⑵首次研究了電池單元長度對SOFC的溫度分布、組分分布以及電性能的影響規(guī)律。結果表明，在相同工作條件下，溫度梯度隨著電池長度的增加而增加，CH4在電池長度100mm時利用率高達100%，電流密度在電池長度為70～80mm時出現(xiàn)最大值。因此，通過數(shù)值模擬的方法能夠確定各種工作條件下SOFC最優(yōu)長度范圍，對綜合提升其熱流電化學性能有重要的意義。
　　 ⑶建立了新型多面體式SOFC 核心部件—