固体氧化物燃料电池的多物理场模拟
发布时间：2021-04-24 13:42
固体氧化物燃料电池（SOFC,Solid Oxide Fuel Cell）是一种将燃料中化学能通过电化学反应直接转化为电能的清洁能源转换装置,该装置可以实现高效利用可再生能源,可用于电动汽车及分布式发电系统中,在解决化石能源短缺、环境污染等问题上有着良好的应用前景。应用实验方法研究SOFC需要耗费大量的时间成本和制造成本,且电池中的流场、电化学和温度分布复杂,难以测量其运行时内部的具体参数,同时其运行存在流动、组分传输、电荷输运、电化学反应和热传递等过程的多物理场强耦合,传统实验方法难以把握耦合规律对于其性能的影响,因此通过实验手段实现性能改进难度较高。用计算机对其进行模拟仿真成为一种有效手段,特别是应用软件可以加快获取数据参数,用以优化电池结构设计。本课题应用COMSOL软件对简易的平板式SOFC内的多物理场进行耦合仿真,主要包括燃料电池中流场、温度场、组分传递、电流密度等。对单电池的流场结构提出了一系列改进方案,探究结构设计对流场均匀性的影响,其结构设计主要包括单电池外歧管形状、大小以及燃料气体出入口位置的选择。其一,SOFC单电池采用矩形的出入口外歧管设计时,为实现更均匀的流速分...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外SOFC的发展现状
1.2.2 燃料电池数值模拟的研究进展
1.3 本文的主要研究内容
第2章 SOFC数值模拟的基本原理
2.1 引言
2.2 SOFC的理论基础
2.2.1 SOFC的几何结构
2.2.2 SOFC模型的数学方程
2.3 SOFC的模拟工具及方法
2.3.1 有限元方法
2.3.2 网格划分
2.3.3 应用COMSOL软件的模拟步骤
2.4 本章小结
第3章 SOFC一个单元的多物理场模拟
3.1 引言
3.2 SOFC单元的模型建立
3.2.1 SOFC单元的模型几何结构
3.2.2 模型假设与边界条件
3.2.3 模型网格
3.3 SOFC单元的模拟结果及分析
3.3.1 单流道模拟结果
3.3.2 传热分析
3.4 本章小结
第4章 SOFC单电池内的流道设计
4.1 引言
4.2 出入口歧管与流道宽度比的影响
4.3 出入口位置及个数的影响
4.4 出入口歧管形状的影响
4.5 本章小结
第5章 SOFC内的热流控制
5.1 引言
5.2 二维层状热隐身衣模型研究
5.2.1 模型参数化
5.2.2 模型热流控制效果模拟结果
5.3 三维热隐身衣模型在SOFC内的应用
5.3.1 加入热隐身衣的燃料电池堆栈结构
5.3.2 堆栈内热流控制模拟结果
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[2]氢气燃料的燃料电池系统最大发电效率[J]. 杨建新,林子敬. 中国科学技术大学学报. 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多尺度多场耦合和性能演化理论研究[J]. 林子敬. 科技创新导报. 2016(10)
[6]国内固体氧化物燃料电池主要研究团体及发展现状[J]. 蔡浩,魏涛,高庆宇. 化工新型材料. 2015(03)
[7]国外SOFC研究机构及研发状况[J]. 彭珍珍,杜洪兵,陈广乐,郭瑞松. 硅酸盐学报. 2010(03)
[8]固体氧化物燃料电池阴极气体传输的研究[J]. 倪萌,LEUNG MICHAEL K H,LEUNG DENNIS Y C. 电源技术. 2007(10)
博士论文
[1]固体氧化物燃料电池堆的多物理场全耦合建模和理论模拟[D]. 李昂.中国科学技术大学 2016
[2]中温固体氧化物燃料电池多物理场模拟与性能优化[D]. 刘世学.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]高温固体氧化物燃料电池流场设计与模拟[D]. 许盛添.华北电力大学(北京) 2019
[2]热隐身衣与热流控制的数值模拟计算[D]. 王武迪.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于多物理场模拟的固体氧化物燃料电池气道结构优化[D]. 李小连.清华大学 2018
[4]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[5]中温平板型SOFC电堆的模拟与控制[D]. 刘洋.上海交通大学 2008
[6]固体氧化物燃料电池的传热传质数值模拟[D]. 黄镜欢.南京理工大学 2004
本文编号：3157464
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外SOFC的发展现状
1.2.2 燃料电池数值模拟的研究进展
1.3 本文的主要研究内容
第2章 SOFC数值模拟的基本原理
2.1 引言
2.2 SOFC的理论基础
2.2.1 SOFC的几何结构
2.2.2 SOFC模型的数学方程
2.3 SOFC的模拟工具及方法
2.3.1 有限元方法
2.3.2 网格划分
2.3.3 应用COMSOL软件的模拟步骤
2.4 本章小结
第3章 SOFC一个单元的多物理场模拟
3.1 引言
3.2 SOFC单元的模型建立
3.2.1 SOFC单元的模型几何结构
3.2.2 模型假设与边界条件
3.2.3 模型网格
3.3 SOFC单元的模拟结果及分析
3.3.1 单流道模拟结果
3.3.2 传热分析
3.4 本章小结
第4章 SOFC单电池内的流道设计
4.1 引言
4.2 出入口歧管与流道宽度比的影响
4.3 出入口位置及个数的影响
4.4 出入口歧管形状的影响
4.5 本章小结
第5章 SOFC内的热流控制
5.1 引言
5.2 二维层状热隐身衣模型研究
5.2.1 模型参数化
5.2.2 模型热流控制效果模拟结果
5.3 三维热隐身衣模型在SOFC内的应用
5.3.1 加入热隐身衣的燃料电池堆栈结构
5.3.2 堆栈内热流控制模拟结果
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[2]氢气燃料的燃料电池系统最大发电效率[J]. 杨建新,林子敬. 中国科学技术大学学报. 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多尺度多场耦合和性能演化理论研究[J]. 林子敬. 科技创新导报. 2016(10)
[6]国内固体氧化物燃料电池主要研究团体及发展现状[J]. 蔡浩,魏涛,高庆宇. 化工新型材料. 2015(03)
[7]国外SOFC研究机构及研发状况[J]. 彭珍珍,杜洪兵,陈广乐,郭瑞松. 硅酸盐学报. 2010(03)
[8]固体氧化物燃料电池阴极气体传输的研究[J]. 倪萌,LEUNG MICHAEL K H,LEUNG DENNIS Y C. 电源技术. 2007(10)
博士论文
[1]固体氧化物燃料电池堆的多物理场全耦合建模和理论模拟[D]. 李昂.中国科学技术大学 2016
[2]中温固体氧化物燃料电池多物理场模拟与性能优化[D]. 刘世学.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]高温固体氧化物燃料电池流场设计与模拟[D]. 许盛添.华北电力大学(北京) 2019
[2]热隐身衣与热流控制的数值模拟计算[D]. 王武迪.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于多物理场模拟的固体氧化物燃料电池气道结构优化[D]. 李小连.清华大学 2018
[4]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[5]中温平板型SOFC电堆的模拟与控制[D]. 刘洋.上海交通大学 2008
[6]固体氧化物燃料电池的传热传质数值模拟[D]. 黄镜欢.南京理工大学 2004
本文编号：3157464
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