固體氧化物燃料電池?zé)崃﹄娀瘜W(xué)耦合數(shù)值模擬.pdf

1、能源問題是目前世界各國廣泛關(guān)注的問題，也是人類賴以生存的命脈。固體氧化物燃料電池（Solid oxide fuel cell，SOFC）作為一種新型的能源轉(zhuǎn)換裝置，具有清潔高效、安全性高和燃料來源廣泛等優(yōu)點，已成為當(dāng)前的研發(fā)熱點。然而，由于其運行需伴隨復(fù)雜物理化學(xué)過程，如熱量傳輸、組分傳輸、電化學(xué)反應(yīng)、電流傳輸?shù)取Ｊ軐嶒炇侄蔚南拗?，難以全面分析SOFC運行過程中的眾多影響因素及運行機理。因此，采用數(shù)值仿真分析方法對SOFC進行熱流電化學(xué)

2、及熱力學(xué)耦合分析具有重要的意義。本論文基于流體力學(xué)、計算流體力學(xué)、電化學(xué)、熱力學(xué)等基本理論，結(jié)合計算流體力學(xué)軟件FLUENT及有限元分析軟件ANSYS，在本實驗室前期研究的基礎(chǔ)上，對SOFC結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及熱流電化學(xué)熱力學(xué)耦合模型進行了深入研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴以甲烷作為燃料氣，考慮了重整反應(yīng)及水交換反應(yīng)氣體動力學(xué)、以及電化學(xué)反應(yīng)過程中的組分和能量源項，基于多組分混合氣體在多孔介質(zhì)中的擴散模型和“塵氣模型”建立了SO

3、FC的熱力電化學(xué)耦合模型。
　　 ⑵首次研究了電池單元長度對SOFC的溫度分布、組分分布以及電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在相同工作條件下，溫度梯度隨著電池長度的增加而增加，CH4在電池長度100mm時利用率高達100%，電流密度在電池長度為70～80mm時出現(xiàn)最大值。因此，通過數(shù)值模擬的方法能夠確定各種工作條件下SOFC最優(yōu)長度范圍，對綜合提升其熱流電化學(xué)性能有重要的意義。
　　 ⑶建立了新型多面體式SOFC 核心部件—