多通道SOFC內部傳遞過程研究與數值分析.pdf

1、作為一種新型能源轉換裝置，固體氧化物燃料電池(SOFC)具有清潔、高效和燃料使用廣泛等優(yōu)點，已成為當前研發(fā)的熱點。然而，由于其運行伴隨著復雜的物理化學過程，如質量傳輸、熱量傳輸、電流傳輸、電化學反應等，人們用實驗方法難以全面分析SOFC內部的運行機理及傳遞過程。因此，采用數值方法對SOFC進行電化學及傳遞過程耦合分析具有重要的意義。
　　以目前實際生產的某種平板式陽極支撐SOFC單電池為原型，按照其結構尺寸和材料參數建立了完整的多

2、通道SOFC的三維穩(wěn)態(tài)幾何數學模型，并描述發(fā)生在多通道SOFC內的電化學反應，以及質量、動量、能量和電荷（電子和氧離子）等多物理場傳遞過程。通過商業(yè)CFD軟件(Ansys/Fluent14)以及自編UDF(userdefined function)進行模擬計算，把計算結果與同條件下實測的實驗數據進行對比，驗證了模型的準確性和合理性。分析和討論了電池內溫度、氣體成分和電流密度等物理量的分布規(guī)律以及通道內流速、流量的情況。進一步對比分析了三

3、種不同流向結構（順流、逆流和交叉流）以及溫度和流量等因素對多通道SOFC內部傳遞過程和工作性能的影響。
　　通過分析發(fā)現，相同操作條件下，順流和逆流方式單電池的性能明顯優(yōu)于交叉流方式;逆流方式在燃料出口處溫度梯度最大，造成很大的熱應力，不利于電池的使用壽命;盡管每個通道進口具有完全相同的初始條件，但由于電化學反應的不均衡，使得氣體溫度、流速、流量和氣體成分在各個通道內的分布不同;電流密度在SOFC內分布也不均衡，其極大值出現在陰極