基于現(xiàn)象的建模方法研究及其應(yīng)用.pdf

1、先進(jìn)能源系統(tǒng)是一種涉及多種物理化學(xué)過程的復(fù)雜系統(tǒng),時(shí)空多尺度特征和行為是其中所有復(fù)雜現(xiàn)象的共同本質(zhì)和量化的難點(diǎn)。目前在對宏觀現(xiàn)象的仿真中普遍采用的平均方法無法表達(dá)過程的內(nèi)在機(jī)理,因而難以具備準(zhǔn)確預(yù)測功能,這是工藝設(shè)備放大難以成功的原因。解決這一問題的根本出路在于實(shí)現(xiàn)基于微觀機(jī)理的模擬。最近幾年得到關(guān)注的多尺度模擬方法抓住了多尺度效應(yīng)這一重要特征進(jìn)行簡化分析,盡管還未深入到過程的所有內(nèi)在機(jī)制,但卻是一種非常有效的途徑。多尺度模擬以復(fù)雜系統(tǒng)

2、在時(shí)間和空間上的多尺度特征為基礎(chǔ),同時(shí)考慮多個尺度效應(yīng)進(jìn)行模擬,每個尺度的模擬涉及不同的仿真方法和手段。對復(fù)雜系統(tǒng)采用多尺度模擬不但可以揭示復(fù)雜現(xiàn)象的本質(zhì),而且使復(fù)雜系統(tǒng)的量化設(shè)計(jì)和放大成為可能。因此對先進(jìn)能源系統(tǒng)開展基于多尺度模擬的建模方法研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文研究工作主要分二個部分:第一部分研究基于現(xiàn)象的建模方法以實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的多尺度模擬,同時(shí)研究不同現(xiàn)象模型的耦合機(jī)制。第二部分以固體氧化物燃料電池(SOFC)為例進(jìn)

3、行多尺度模擬并驗(yàn)證基于現(xiàn)象的建模方法,這部分工作包含以下兩方面的內(nèi)容:1采用Lattice Boltzmann方法模擬電化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散,研究了電化學(xué)反應(yīng)過程中氣體濃度和電流密度的分布情況;2對固體氧化物燃料電池進(jìn)行多尺度穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,基于質(zhì)量、動量和能量平衡并耦合流體流動、熱量產(chǎn)生和傳遞以及電化學(xué)知識建立了管型SOFC的CFD模型并耦合介觀尺度上的反應(yīng)擴(kuò)散模擬。模型中采用質(zhì)量、動量、能量守恒方程描述電池內(nèi)的流動、傳熱傳質(zhì)等物理過程,并研究