固體氧化物燃料電池（SOFC,Solid Oxide Fuel Cell）是一種將燃料中化學能通過電化學反應直接轉(zhuǎn)化為電能的清潔能源轉(zhuǎn)換裝置,該裝置可以實現(xiàn)高效利用可再生能源,可用于電動汽車及分布式發(fā)電系統(tǒng)中,在解決化石能源短缺、環(huán)境污染等問題上有著良好的應用前景。應用實驗方法研究SOFC需要耗費大量的時間成本和制造成本,且電池中的流場、電化學和溫度分布復雜,難以測量其運行時內(nèi)部的具體參數(shù),同時其運行存在流動、組分傳輸、電荷輸運、電化學反應和熱傳遞等過程的多物理場強耦合,傳統(tǒng)實驗方法難以把握耦合規(guī)律對于其性能的影響,因此通過實驗手段實現(xiàn)性能改進難度較高。用計算機對其進行模擬仿真成為一種有效手段,特別是應用軟件可以加快獲取數(shù)據(jù)參數(shù),用以優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計。本課題應用COMSOL軟件對簡易的平板式SOFC內(nèi)的多物理場進行耦合仿真,主要包括燃料電池中流場、溫度場、組分傳遞、電流密度等。對單電池的流場結(jié)構(gòu)提出了一系列改進方案,探究結(jié)構(gòu)設(shè)計對流場均勻性的影響,其結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括單電池外歧管形狀、大小以及燃料氣體出入口位置的選擇。其一,SOFC單電池采用矩形的出入口外歧管設(shè)計時,為實現(xiàn)更均勻的流速分... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外SOFC的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 燃料電池數(shù)值模擬的研究進展
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 SOFC數(shù)值模擬的基本原理
    2.1 引言
    2.2 SOFC的理論基礎(chǔ)
        2.2.1 SOFC的幾何結(jié)構(gòu)
        2.2.2 SOFC模型的數(shù)學方程
    2.3 SOFC的模擬工具及方法
        2.3.1 有限元方法
        2.3.2 網(wǎng)格劃分
        2.3.3 應用COMSOL軟件的模擬步驟
    2.4 本章小結(jié)
第3章 SOFC一個單元的多物理場模擬
    3.1 引言
    3.2 SOFC單元的模型建立
        3.2.1 SOFC單元的模型幾何結(jié)構(gòu)
        3.2.2 模型假設(shè)與邊界條件
        3.2.3 模型網(wǎng)格
    3.3 SOFC單元的模擬結(jié)果及分析
        3.3.1 單流道模擬結(jié)果
        3.3.2 傳熱分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 SOFC單電池內(nèi)的流道設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 出入口歧管與流道寬度比的影響
    4.3 出入口位置及個數(shù)的影響
    4.4 出入口歧管形狀的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 SOFC內(nèi)的熱流控制
    5.1 引言
    5.2 二維層狀熱隱身衣模型研究
        5.2.1 模型參數(shù)化
        5.2.2 模型熱流控制效果模擬結(jié)果
    5.3 三維熱隱身衣模型在SOFC內(nèi)的應用
        5.3.1 加入熱隱身衣的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)
        5.3.2 堆棧內(nèi)熱流控制模擬結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]燃料電池的發(fā)展趨勢及研究進展[J]. 蔣清梅.  山東化工. 2017(22)
[2]氫氣燃料的燃料電池系統(tǒng)最大發(fā)電效率[J]. 楊建新,林子敬.  中國科學技術(shù)大學學報. 2016(12)
[3]Modeling of solid oxide fuel cells[J]. Meng Ni.  Science Bulletin. 2016(17)
[4]Modelling of finger-like channelled anode support for SOFCs application[J]. Bin Chen,Haoran Xu,Meng Ni.  Science Bulletin. 2016(17)
[5]SOFC多尺度多場耦合和性能演化理論研究[J]. 林子敬.  科技創(chuàng)新導報. 2016(10)
[6]國內(nèi)固體氧化物燃料電池主要研究團體及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 蔡浩,魏濤,高慶宇.  化工新型材料. 2015(03)
[7]國外SOFC研究機構(gòu)及研發(fā)狀況[J]. 彭珍珍,杜洪兵,陳廣樂,郭瑞松.  硅酸鹽學報. 2010(03)
[8]固體氧化物燃料電池陰極氣體傳輸?shù)难芯縖J]. 倪萌,LEUNG MICHAEL K H,LEUNG DENNIS Y C.  電源技術(shù). 2007(10)

博士論文
[1]固體氧化物燃料電池堆的多物理場全耦合建模和理論模擬[D]. 李昂.中國科學技術(shù)大學 2016
[2]中溫固體氧化物燃料電池多物理場模擬與性能優(yōu)化[D]. 劉世學.中國科學技術(shù)大學 2008

碩士論文
[1]高溫固體氧化物燃料電池流場設(shè)計與模擬[D]. 許盛添.華北電力大學(北京) 2019
[2]熱隱身衣與熱流控制的數(shù)值模擬計算[D]. 王武迪.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]基于多物理場模擬的固體氧化物燃料電池氣道結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 李小連.清華大學 2018
[4]基于COMSOL固體氧化物燃料電池（SOFC）的數(shù)值模擬仿真[D]. 帥浚超.華中科技大學 2017
[5]中溫平板型SOFC電堆的模擬與控制[D]. 劉洋.上海交通大學 2008
[6]固體氧化物燃料電池的傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬[D]. 黃鏡歡.南京理工大學 2004



本文編號：3157464