燃料電池電堆三維溫度場分布的研究與優(yōu)化分析.pdf

1、固體氧化物燃料電池（ SOFC）是具應用前景的電能產(chǎn)生裝置之一。由于SOFC有著復雜的工作過程，相比于傳統(tǒng)實驗方法，模擬仿真的方法會更有優(yōu)勢。
　　SOFC在運作時會有各種復雜的反應過程，包括流動、電化學、傳熱傳質(zhì)及導電等。電化學反應過程中反應物的生成及消耗會影響到SOFC內(nèi)的熱量的分布、流動以及整個電堆的性能。所以本論文以寧波材料所的新型平板式短堆的結(jié)構(gòu)為原型，實施了電堆的3D模型建立，對電堆進行了優(yōu)化及分析。并試著建立了3D電

2、堆的全模型（主管道、陽極、陰極、電解質(zhì)及連接體），包括傳熱和傳質(zhì)、流動以及化學反應等的綜合性多場耦合的全模型。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、首先介紹了10層小型電堆流場優(yōu)化背景以及關(guān)于電堆模型用到的一些理論和具體的優(yōu)化步驟，第一部分的重點就是對氫氣和空氣流場均勻度和標準偏差因子的計算，利用計算流體動力學（CFD）對模塊化電堆內(nèi)不同主管道的位置及不同分流器下的氣流分布情況進行了對比分析。
　　2、針對10層電堆的流場分析，

3、有以下結(jié)論：（1）主管是否穿透SOFC單元平面不會影響電堆層面的電池單元中的燃料和空氣流分布質(zhì)量。對于小型平板式SOFC電堆，在電堆層面的流量分布質(zhì)量很高。然而，每個SOFC單元表面的流量分布質(zhì)量應該加以改善；（2）當燃料主管置于SOFC單元區(qū)域內(nèi)并穿過SOFC單元區(qū)域時，超過31％的空氣將通過燃料主管區(qū)域的半圓區(qū)域；（3）當空氣流主管放置在SOFC單元區(qū)域內(nèi)時，超過14％的燃料將通過空氣主管區(qū)域的半圓區(qū)域；（4）當流量主管穿過電池單元

4、平面時，通過增加額外的分配器或擴大整個出口主管面積，單電池層面上的燃料和空氣流分布質(zhì)量并不會大大改善。
　　3、針對25層帶有多孔介質(zhì)的模塊化短堆進行了分流器的優(yōu)化以及進出口排列的優(yōu)化分析，對于空氣側(cè)模型，包括了空氣氣道、陰極支撐層、陰極以及電解質(zhì)；對于燃料模型，包括了燃料氣道、電解質(zhì)、陽極支撐層、陽極，加入了流動、熱量以及組分傳輸?shù)鹊挠绊?，通過優(yōu)化的結(jié)果分析電堆里的流場分布以及溫度和組分的分布情況，最終得出半圓分流器結(jié)構(gòu)改善了原