板式固体氧化物燃料电池的数值模拟与动态性能分析

发布时间：2020-01-25 00:26

【摘要】：为更好地了解单电池内复杂的气相流动结构、质量平衡及能量守恒,运用COMSOL软件建立用于数值模拟的固体氧化物燃料电池仿真模型。通过该模型分析电池阳极和阴极内反应气体的质量和浓度的变化、内部压力分布等情况,从而得到单电池内电流分布与反应气体浓度的动态变化关系,更准确地获得电池内部电流场的分布,为电池结构设计的优化、控制参数的确定提供依据。
【图文】：

。COMSOL作为一种新兴的基于有限元法的流体动力学仿真计算软件，，可通过不同物理模型边界条件的相互耦合建立更精确的仿真模型，解决部分由于模型属性、量级不同而无法结合的难题，且该软件能和控制领域研究常用的Matlab软件进行代码转换，从而解决了部分控制层面难以描述却又不能忽略的非线性环节的动态性能的表述问题，更好地提高燃料电池性能、控制方法研究仿真的效率［9～11］。1工作原理与模型建立SOFC是一个把燃料(富氢气体)和氧化气(空气)的化学能直接转化为电能的电化学装置，其普遍构成及工作原理如图1所示，典型的平板式或管式SOFC均需由两个电极、两个气体通道、电解质层构成［1］。具有一定压力的燃料通过通道不断地加载在电解质两侧，在电解质两侧发生的化学反应为:阳极:H2+O迤→2－H2O+2e－(1)阴极:12O2+2e迤→－O2－(2)图1固体氧化物燃料电池(SOFC)工作原理Fig．1IllustrationofSOFCmechanism本研究中对选取的建模对象拟定以下条件，其构成图如图2所示。1)SOFC本体由两个通道、两个多孔气体扩散电极和夹在中间的电解质(氧化钇(Y2O3)稳定氧化锆(ZrO2)即YSZ)构成;2)两电极极板通道中的气体流动方向为对流;图2平板式对流SOFC结构Fig．2StructureoftheplateSOFC(convectioncurrent)3)阳极、阴极通道中的燃料分别为含有少量水分的纯氢和空气，其中空气成分为氧和氮。2数学描述在SOFC单电池运行中，热、气流、化学、电化学系统之间存在千丝万缕的内在联系，气流的波动和热的产生、吸收对气流的速率和温度的分布有较大影响，可运用流体动力学中的守恒定律计算电池在运转过程中的燃料、空气流量和运行温度。该化学过程从气流、热力学的角度分为质量?

本文编号：2572836