【摘要】：平板式固體氧化物燃料電池(pSOFCs)發(fā)展和大規(guī)模應用的關(guān)鍵阻礙之一是缺乏有效的密封材料,以往的一些研究主要集中在密封材料的實驗和材料力學分析等方面,缺乏對密封材料泄漏機理的定量分析。本文研究平板式固體氧化物燃料電池壓縮密封的泄漏機理,提出泄漏率預測理論方法。首先,基于格子玻爾茲曼方法(LBM)在處理復雜邊界流動問題時具有一定靈活性的特點,將其用來模擬密封粗糙壁面界面間隙中的非線性流動。介紹LBM的基本理論,并研究在SOFCs密封中等溫不可壓縮流動問題的LBM具體應用,明確相關(guān)邊界條件設置,對于數(shù)值模擬中無量綱化和參數(shù)選擇等問題進行討論。其次,采用數(shù)值三維粗糙面生成技術(shù)對密封界面間隙幾何構(gòu)型進行重構(gòu),結(jié)合格子玻爾茲曼方法對氣體在界面間隙內(nèi)的流動進行數(shù)值研究,分析流動狀態(tài)并提出兩個重要的無量綱參數(shù):粗糙度流量因子Φ_σ和高度流量因子Φ_h,分別用來表征粗糙表面形貌特征和界面間隙有效高度對密封泄漏率的影響。最后,對單粗糙峰微接觸力學進行有限元分析,確定應力作用下粗糙界面有效間隙高度�；谏鲜龇椒�,所有數(shù)值結(jié)果均被擬合為無量綱準則關(guān)系式,用以計算界面泄漏率。這些準則關(guān)系式可以直接用于預測任意特定工況下壓縮密封的泄漏率,而不需要依賴任何實驗經(jīng)驗公式。本文提出的泄漏率預測模型還與現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)進行泄漏率預測比較,結(jié)果表明較好的一致性,驗證該方法的準確性。本文建立了SOFCs壓縮密封泄漏機理模型。該模型基于LBM微間隙流體力學分析和粗糙面數(shù)值重構(gòu)技術(shù),再結(jié)合密封材料的微接觸力學分析,可以方便地預測各種工況下氣體的泄漏特性,研究結(jié)果可用于優(yōu)化SOFCs的密封設計及預測實際工況下密封結(jié)構(gòu)的性能。
【圖文】：

圖 1-1 SOFCs 電化學反應及電流產(chǎn)生過程 的固態(tài)組成允許多種配置形式。多年來，SOF[4]。不過在實際生產(chǎn)中，主要是管式和平板式不需要密封，但它的功率密度和性能會受到限而平板式則允許電流在相鄰單元間串聯(lián)流動，產(chǎn)生比管式結(jié)構(gòu)更高的功率密度，平板式結(jié)構(gòu)

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，對于金屬-金屬、金屬-陶瓷和陶瓷-陶瓷等幾種主要密封材料而言，需要能夠承受長時間（5000 到 40000 小時）高溫下（高達 1000℃）的熱循環(huán)且不能失效。在上述幾種密封類型中，金屬-金屬密封是最容易制造的，，但這種密封也最容易在高溫下氧化。目前，金屬-陶瓷和陶瓷-陶瓷密封的發(fā)展最為迫切，但是這些材料不僅比金屬材料更難制造，且由于陶瓷固有的脆性，隨著時間的推移，它們也會逐漸失去密封功能。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM911.4

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4 李昱U

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