SOFC核心部件PEN熱應(yīng)力場的數(shù)值模擬.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種新型的高溫工作的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)化裝置，具有效率高、燃料的適應(yīng)性強、無須使用貴金屬電極、規(guī)模和安裝地點靈活等一系列優(yōu)點，因而成為燃料電池領(lǐng)域的研究熱點。三合一電極PEN（Positive/Electrolyte/Negative）是SOFC的關(guān)鍵部件，陽極、電解質(zhì)和陰極之間存在著熱膨脹系數(shù)不匹配等因素，各功能層將隨著溫度的改變而發(fā)生形變以及相對位移，導(dǎo)致翹曲或斷

2、裂，影響電池工作壽命。
　　 本文基于熱應(yīng)力學(xué)有限元理論，結(jié)合PEN的結(jié)構(gòu)特點和工作條件，實現(xiàn)對了高溫工作狀態(tài)下SOFC單電池中PEN的數(shù)值模擬。利用Visual C++軟件建立溫度插值函數(shù)，將前期模擬分析所得的溫度值轉(zhuǎn)化為本文熱分析所用到的載荷，利用通用有限元軟件ANSYS分別對平板式和瓦楞式SOFC單電池的PEN進(jìn)行熱分析。獲得熱應(yīng)力場后，綜合兩種PEN部件的結(jié)構(gòu)可靠性，提出一種新的PEN結(jié)構(gòu)的構(gòu)想，并對其進(jìn)行熱應(yīng)力場的模擬

3、。
　　 1)通過比較三種不同結(jié)構(gòu)的PEN，結(jié)合最大應(yīng)力值和最大位移量的結(jié)果來看得，平板式PEN最大應(yīng)力值和最大位移量都大于瓦楞狀和八面體狀PEN，八面體的熱應(yīng)力值和位移量均最小，從而證明了八面體狀PEN結(jié)構(gòu)上的可靠性。
　　 2)通過對氣體流向、氣體流速和組分等不同工作條件下PEN的熱應(yīng)力場模擬，得出結(jié)論：順流的工作條件比逆流的工作條件要更利于SOFC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；氣體流速越大，帶來的反應(yīng)熱形成的溫度場對熱應(yīng)力場的影響