多通道SOFC內(nèi)部傳遞過程研究與數(shù)值分析.pdf

1、作為一種新型能源轉(zhuǎn)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(diǎn)，已成為當(dāng)前研發(fā)的熱點(diǎn)。然而，由于其運(yùn)行伴隨著復(fù)雜的物理化學(xué)過程，如質(zhì)量傳輸、熱量傳輸、電流傳輸、電化學(xué)反應(yīng)等，人們用實(shí)驗(yàn)方法難以全面分析SOFC內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)理及傳遞過程。因此，采用數(shù)值方法對SOFC進(jìn)行電化學(xué)及傳遞過程耦合分析具有重要的意義。
　　以目前實(shí)際生產(chǎn)的某種平板式陽極支撐SOFC單電池為原型，按照其結(jié)構(gòu)尺寸和材料參數(shù)建立了完整的多

2、通道SOFC的三維穩(wěn)態(tài)幾何數(shù)學(xué)模型，并描述發(fā)生在多通道SOFC內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)，以及質(zhì)量、動(dòng)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(jìn)行模擬計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果與同條件下實(shí)測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和合理性。分析和討論了電池內(nèi)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(nèi)流速、流量的情況。進(jìn)一步對比分析了三

3、種不同流向結(jié)構(gòu)（順流、逆流和交叉流）以及溫度和流量等因素對多通道SOFC內(nèi)部傳遞過程和工作性能的影響。
　　通過分析發(fā)現(xiàn)，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(yīng)力，不利于電池的使用壽命;盡管每個(gè)通道進(jìn)口具有完全相同的初始條件，但由于電化學(xué)反應(yīng)的不均衡，使得氣體溫度、流速、流量和氣體成分在各個(gè)通道內(nèi)的分布不同;電流密度在SOFC內(nèi)分布也不均衡，其極大值出現(xiàn)在陰極