熔融碳酸鹽燃料電池-燃氣輪機混合裝置系統(tǒng)仿真與半物理實驗研究.pdf

1、熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置以其高效、零污染、分布式供能等優(yōu)點成為新世紀各國重點發(fā)展的新能源技術。對熔融碳酸鹽燃料電池本體及混合裝置系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)特性的研究具有十分重要的意義。 本文對熔融碳酸鹽燃料電池單體以及熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能進行了數(shù)值仿真研究，設計搭建了融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置半物理仿真實驗臺，并進行了半物理仿真實驗研究。 主要在以下幾個方面取得了一定

2、的進展。 (1)熔融碳酸鹽燃料電池單體二維動態(tài)仿真研究本文全面分析了燃料電池內部的伴有電化學反應的傳熱、傳質過程，在綜合考慮燃料電池內部熱、電、化學特性的基礎上，建立了比較完善的熔融碳酸鹽燃料電池單體二維動態(tài)仿真模型。該仿真模型有效的解決了燃料電池內部溫度場、電流密度場和反應氣體組分濃度場之間的耦合，能夠全面的反映燃料電池熱、電和化學特性，準確的了解燃料電池主要性能參數(shù)的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)特性，對燃料電池的制造及運行具有很大的指導價值。

3、 (2)熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置穩(wěn)態(tài)性能仿真研究本文在IPSEpro仿真環(huán)境下開發(fā)了熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置穩(wěn)態(tài)性能分析模塊庫，其中包括：燃料電池組模塊、催化燃燒室模塊、壓氣機模塊、燃氣輪機模塊、高溫換熱器器模塊和發(fā)電機模塊等。利用開發(fā)的仿真模塊，建立了底層與頂層熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置穩(wěn)態(tài)性能仿真模型。 利用搭建的混合裝置穩(wěn)態(tài)性能仿真模型，基于熱力學第一定律及熱力學第二定

4、律，對底層與頂層熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置進行了穩(wěn)態(tài)性能分析。 (3)熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置半物理仿真實驗系統(tǒng)的設計采用半物理仿真方法對熔融碳酸鹽燃料電池/微型燃氣輪機混合裝置進行實驗研究，是現(xiàn)階段混合裝置實驗研究的熱點和難點。 本文基于半物理仿真的原理，在現(xiàn)有的條件下，設計了混合裝置半物理仿真實驗系統(tǒng)，選擇合適的物理硬件設備及數(shù)學模型軟件，并綜合集成為實驗系統(tǒng)，完成了實驗臺的搭建。在半物