LSCF材料氧化还原过程的力化学耦合瞬态三维模拟

发布时间：2021-07-27 23:51

　　镧锶钴铁氧体（LSCF）具有良好的化学催化性能和导电性能,未来有望被应用于能源工程领域.在周围环境氧气浓度变化时,LSCF会通过化学反应与周围环境交换氧.这一过程往往会引起化学应力并可能危害设备安全.本文对LSCF棒在氧化还原循环过程中的反应-扩散过程进行了力化学耦合建模.表面处的化学反应动力学考虑了浓度、应力和温度的影响.通过有限元方法分别求解出三种给定的不同表面化学反应速率下棒伸长量和棒端部附近第一主应力的瞬态解. 

【文章来源】：力学季刊. 2020,41(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

LSCF棒在氧化还原循环中的伸长量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling

第3期李子川，等：LSCF材料氧化还原过程的力化学耦合瞬态三维模拟407测本模型假设的反应速率下，氧化还原循环为表面化学反应控制过程，该过程中通过表面化学反应与外界交换物质的速率不足以使得材料的物质输运能力达到饱和，外部氧分压变化后再次达到稳态所需的时间主要由表面反应的指前因子决定．图3LSCF棒在氧化还原循环中的伸长量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling考虑LSCF6482棒在重新氧化过程中在表面处最有可能发生局部受拉破坏，因此使用最大主应力确定危险位置．模拟结果表明，三种反应速率下端部第一主应力的最大值出现在C点并指向CA方向，这与文献[10]实验中的端部裂纹位置一致．图4展示了k0.1时端部的第一主应力分布情况示意图，图5给出了三种反应速率下C点处第一主应力随时间变化的曲线．图4k0.1时LSCF端部第一主应力分布示意图Fig.4FirstprincipalstressontheendofLSCFbarfor图5氧化过程中C点处第一主应力Fig.5FirstprincipalstressatpointCduringoxidation

第3期李子川，等：LSCF材料氧化还原过程的力化学耦合瞬态三维模拟407测本模型假设的反应速率下，氧化还原循环为表面化学反应控制过程，该过程中通过表面化学反应与外界交换物质的速率不足以使得材料的物质输运能力达到饱和，外部氧分压变化后再次达到稳态所需的时间主要由表面反应的指前因子决定．图3LSCF棒在氧化还原循环中的伸长量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling考虑LSCF6482棒在重新氧化过程中在表面处最有可能发生局部受拉破坏，因此使用最大主应力确定危险位置．模拟结果表明，三种反应速率下端部第一主应力的最大值出现在C点并指向CA方向，这与文献[10]实验中的端部裂纹位置一致．图4展示了k0.1时端部的第一主应力分布情况示意图，图5给出了三种反应速率下C点处第一主应力随时间变化的曲线．图4k0.1时LSCF端部第一主应力分布示意图Fig.4FirstprincipalstressontheendofLSCFbarfor图5氧化过程中C点处第一主应力Fig.5FirstprincipalstressatpointCduringoxidation


本文编号：3306785