SOFC电化学性能和热应力场的数值模拟研究
发布时间：2021-04-14 10:34
采用绿色能源是能源领域未来发展的主要趋势,也是有效缓解当下传统能源短缺及其环境污染问题的手段之一。氢能不仅来源广泛,而且是清洁绿色能源,其反应后的产物不会对环境造成污染,因此以氢能为燃料的固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）受到了广泛关注。本论文根据平板式阳极支撑型SOFC的工作原理,采用有限元分析方法对其电化学性能和热应力场分布进行仿真分析,研究其运行参数和流场设计对电化学性能和热应力场的影响规律,以改善SOFC的输出特性与结构性能。本论文的主要研究内容包括:（1）建立了平板式阳极支撑型SOFC的稳态仿真模型,进行了SOFC热应力耦合电化学反应的仿真分析,模拟结果与相关实验结果相吻合。（2）受SOFC结构和电化学反应的影响,其内部温度场、气体组分和电流密度皆分布不均。提高氧化气进气速率、增加燃料气的进气摩尔分数以及提高SOFC的运行温度,均有利于SOFC电化学性能的提升。在相同工况下,采用同向流动方式时,SOFC的电化学性能要优于反向流动及交叉流动的方式。优化流道尺寸,提升SOFC电化学性能的方式包括:在流道高度和流道数一定时,适当增加进气流道宽...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC辅助动力系统
.9 ～ 1.2 kW/m2的单体 SOFC[10]。武汉理工大学依托湖北省燃料电，开展材料学院和汽车工程学院交叉学科的建设，研发和促进相。同时，其他高校如清华大学主要利用新工艺合成燃料电极等材1]。吉林大学在科学基金的资助下，对 SOFC 的三合一电极（Polyte/Negative，PEN）材料等进行研究，成功开发出开路电压约 1.2 FC。
图 2-1 平板式阳极支撑型 SOFC 工作原理图[18]2.2 SOFC 的结构与材料2.2.1 SOFC 的结构SOFC 主要由阳极（Anode）、阴极（Cathode）、电解质（Electrolyte）、集流板（Interconnect）和密封材料（Sealing material）组成。SOFC 工作温度相对较高，其内部组件材料需适应复杂的反应环境，根据三合一电极结构的不同，SOFC可分为管式、平板式、瓦楞式等多种结构，图 2-2 为它们的结构示意图。平板式 SOFC 在结构方面相对简单，电解质制备相对容易且十分经济，在组建电池堆方面具有得天独厚的优势；管状 SOFC 虽然在制作的过程中没有高温同时密封的技术难题，不过其结构使得 SOFC 的制备过程很复杂，电子传递路径很长，三种极化现象严重，成本相对昂贵；瓦楞式 SOFC 省去了支撑结构，有效面积大，不用高温密封，但大面积电池堆分成单元组一次性烧成难度很大，
【参考文献】：
期刊论文
[1]微管固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 徐颖强,段辰宸,王雷雷. 电源技术. 2013(08)
[2]平板式SOFC钎焊自适应密封热应力与变形分析[J]. 蒋文春,张玉财,关学伟. 焊接学报. 2012(11)
[3]板式固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 樊鹏飞,张兄文,李国君,刘倩. 西安交通大学学报. 2012(07)
[4]燃料电池产业最新动态[J]. 刘铮,谢丽英. 稀土. 2011(04)
[5]平板状SOFC结构热应力特性分析[J]. 李琛,姜乐华,佐晓波. 化学工程与装备. 2008(08)
[6]平板式SOFC结构热应力的有限元分析[J]. 陈弦,杨杰,蒲健,李箭. 无机材料学报. 2007(02)
[7]固体氧化物燃料电池三维热流电化学分析[J]. 王桂兰,杨云珍,张海鸥. 中国电机工程学报. 2007(08)
[8]平板状固体氧化物燃料电池的数值模拟[J]. 高保军,任波,李利军. 能源技术. 2007(01)
[9]固体氧化物燃料电池电化学与热分析耦合的二维模型[J]. 林子敬,张晓华. 无机材料学报. 2003(03)
[10]固体氧化物燃料电池研究进展[J]. 迟克彬,李方伟,李影辉,万书宝,肖海成,孔繁华,张凤华. 天然气化工. 2002(04)
博士论文
[1]多通道SOFC内部传递过程研究与数值分析[D]. 张中刚.大连海事大学 2015
[2]固体氧化物燃料电池多物理场耦合数值模拟研究[D]. 王求生.华中科技大学 2009
[3]平板式固体氧化物燃料电池气道模拟与优化[D]. 毕武喜.中国科学技术大学 2009
[4]含功能梯度立体电极SOFC热流电化学力学耦合数值模拟[D]. 杨云珍.华中科技大学 2008
[5]平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟[D]. 汤根土.浙江大学 2005
硕士论文
[1]等离子熔积成形金属零件数值模拟[D]. 李啸.华中科技大学 2011
[2]固体氧化物燃料电池系统数学建模[D]. 冯兴强.上海交通大学 2009
[3]固体氧化物燃料电池传热传质数值分析[D]. 李琛.国防科学技术大学 2008
[4]固体氧化物燃料的电池电化学分析与数值仿真[D]. 曾淑琴.华中科技大学 2007
本文编号：3137163
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC辅助动力系统
.9 ～ 1.2 kW/m2的单体 SOFC[10]。武汉理工大学依托湖北省燃料电，开展材料学院和汽车工程学院交叉学科的建设，研发和促进相。同时，其他高校如清华大学主要利用新工艺合成燃料电极等材1]。吉林大学在科学基金的资助下，对 SOFC 的三合一电极（Polyte/Negative，PEN）材料等进行研究，成功开发出开路电压约 1.2 FC。
图 2-1 平板式阳极支撑型 SOFC 工作原理图[18]2.2 SOFC 的结构与材料2.2.1 SOFC 的结构SOFC 主要由阳极（Anode）、阴极（Cathode）、电解质（Electrolyte）、集流板（Interconnect）和密封材料（Sealing material）组成。SOFC 工作温度相对较高，其内部组件材料需适应复杂的反应环境，根据三合一电极结构的不同，SOFC可分为管式、平板式、瓦楞式等多种结构，图 2-2 为它们的结构示意图。平板式 SOFC 在结构方面相对简单，电解质制备相对容易且十分经济，在组建电池堆方面具有得天独厚的优势；管状 SOFC 虽然在制作的过程中没有高温同时密封的技术难题，不过其结构使得 SOFC 的制备过程很复杂，电子传递路径很长，三种极化现象严重，成本相对昂贵；瓦楞式 SOFC 省去了支撑结构，有效面积大，不用高温密封，但大面积电池堆分成单元组一次性烧成难度很大，
【参考文献】：
期刊论文
[1]微管固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 徐颖强,段辰宸,王雷雷. 电源技术. 2013(08)
[2]平板式SOFC钎焊自适应密封热应力与变形分析[J]. 蒋文春,张玉财,关学伟. 焊接学报. 2012(11)
[3]板式固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 樊鹏飞,张兄文,李国君,刘倩. 西安交通大学学报. 2012(07)
[4]燃料电池产业最新动态[J]. 刘铮,谢丽英. 稀土. 2011(04)
[5]平板状SOFC结构热应力特性分析[J]. 李琛,姜乐华,佐晓波. 化学工程与装备. 2008(08)
[6]平板式SOFC结构热应力的有限元分析[J]. 陈弦,杨杰,蒲健,李箭. 无机材料学报. 2007(02)
[7]固体氧化物燃料电池三维热流电化学分析[J]. 王桂兰,杨云珍,张海鸥. 中国电机工程学报. 2007(08)
[8]平板状固体氧化物燃料电池的数值模拟[J]. 高保军,任波,李利军. 能源技术. 2007(01)
[9]固体氧化物燃料电池电化学与热分析耦合的二维模型[J]. 林子敬,张晓华. 无机材料学报. 2003(03)
[10]固体氧化物燃料电池研究进展[J]. 迟克彬,李方伟,李影辉,万书宝,肖海成,孔繁华,张凤华. 天然气化工. 2002(04)
博士论文
[1]多通道SOFC内部传递过程研究与数值分析[D]. 张中刚.大连海事大学 2015
[2]固体氧化物燃料电池多物理场耦合数值模拟研究[D]. 王求生.华中科技大学 2009
[3]平板式固体氧化物燃料电池气道模拟与优化[D]. 毕武喜.中国科学技术大学 2009
[4]含功能梯度立体电极SOFC热流电化学力学耦合数值模拟[D]. 杨云珍.华中科技大学 2008
[5]平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟[D]. 汤根土.浙江大学 2005
硕士论文
[1]等离子熔积成形金属零件数值模拟[D]. 李啸.华中科技大学 2011
[2]固体氧化物燃料电池系统数学建模[D]. 冯兴强.上海交通大学 2009
[3]固体氧化物燃料电池传热传质数值分析[D]. 李琛.国防科学技术大学 2008
[4]固体氧化物燃料的电池电化学分析与数值仿真[D]. 曾淑琴.华中科技大学 2007
本文编号：3137163
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