發(fā)布時間：2022-08-11 18:03

　　高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）憑借轉(zhuǎn)換效率高、燃料適用性廣、余熱利用價值高、能組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢,日益成為電能轉(zhuǎn)化裝置中的一大研究熱點。然而,SOFC仍有諸多問題有待改善,如電池功率密度仍有上升空間、電池結(jié)構(gòu)的強度較低、經(jīng)濟性有待提升等,這需要對SOFC進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高電池內(nèi)各流場參數(shù)分布的均勻性。而模擬仿真作為一種重要手段,在SOFC的流場構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計與功率預測上發(fā)揮著重要作用,已成為許多學者研究SOFC的重要工具。本文主要對SOFC進行了數(shù)值建模,運用計算流體力學（CFD）方法對SOFC的多物理場與電化學反應進行仿真計算。本文的研究主要從兩步入手,第一,從最基本的SOFC單元入手,討論影響SOFC單元的性能的主要因素,并得出SOFC單元的優(yōu)化方案。第二,將研究對象拓展到SOFC單電池,從單電池外部流場與內(nèi)部流場的角度分別進行討論。在外部流場方面,主要討論外部歧管的尺寸設(shè)計,及其在不同流速下的流場均勻性,從而得到外歧管的最佳方案,滿足了高流場均勻度的要求,并實現(xiàn)了優(yōu)化后電池輸出功率密度的提升;在內(nèi)部流場方面,本文對傳統(tǒng)的平行氣道SOFC流場設(shè)計進行了改進,在內(nèi)部流場... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本章小結(jié)
        1.3.1 研究趨勢
            1.3.1.1 更加符合流動特性的氣道設(shè)計
            1.3.1.2 輸運損失更小的歧管設(shè)計
            1.3.1.3 數(shù)值算法的優(yōu)化
        1.3.2 本課題的主要研究內(nèi)容
第2章 SOFC單元的流場模擬與優(yōu)化
    2.1 SOFC單元的流場模擬
        2.1.1 控制方程
            2.1.1.1 質(zhì)量方程
            2.1.1.2 動量方程
            2.1.1.3 能量方程
        2.1.2 模型假設(shè)與邊界條件
            2.1.2.1 模型假設(shè)
            2.1.2.2 邊界條件
        2.1.3 數(shù)值實現(xiàn)與結(jié)果分析
            2.1.3.1 壓強分布
            2.1.3.2 速度分布
    2.2 SOFC單元電化學模擬與靈敏度分析
        2.2.1 控制方程
            2.2.1.1 質(zhì)量方程
            2.2.1.2 組分輸運方程
            2.2.1.3 電荷輸運方程
            2.2.1.4 能量方程
        2.2.2 邊界條件與模型假設(shè)
        2.2.3 CFD數(shù)值模型驗證
        2.2.4 氣道形狀對SOFC重復單元性能的影響
        2.2.5 燃料進氣量對SOFC重復單元的性能影響
        2.2.6 電極厚度對SOFC重復單元的影響
            2.3.6.1 氧氣濃度分布
            2.2.6.2 氫氣濃度分布
            2.2.6.3 性能對比
    2.3 本章小結(jié)
第3章 SOFC單電池的外部流場優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 建模過程
    3.3 計算模擬
        3.3.1 各設(shè)計的流場分布
        3.3.2 流動均勻指數(shù)與進氣流量的關(guān)系
        3.3.3 入口歧管幾何尺寸對流場均勻性的影響
    3.4 不同前后流場設(shè)計對SOFC電池性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
第4章 使用壓強平衡槽的SOFC單電池設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 模型建立
    4.3 邊界條件與基本假設(shè)
    4.4 結(jié)果分析
        4.4.1 流場分布
        4.4.2 組分與溫度分布
        4.4.3 性能對比
    4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]固體氧化物燃料電池分布參數(shù)模擬研究[J]. 喬威,于澤庭,韓吉田.  工程熱物理學報. 2016(01)
[2]外氣道SOFC電堆流場的優(yōu)化設(shè)計和數(shù)值模擬[J]. 方大為,王凱,顏冬,羅軍,蒲健.  電源技術(shù). 2013(09)
[3]對中國能源問題的思考[J]. 江澤民.  上海交通大學學報. 2008(03)

博士論文
[1]中空纖維固體氧化物燃料電池的研究[D]. 彭舒軍.華南理工大學 2013

碩士論文
[1]硅基復合電解質(zhì)中溫SOFC構(gòu)造與性能研究[D]. 陳梓萱.大連海事大學 2016
[2]平板式固體氧化物燃料電池連接體的設(shè)計與優(yōu)化[D]. 高祥.江蘇科技大學 2016



本文編號：3675131