固体氧化物燃料电池的CFD模拟

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固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高能量转换效率,环境友好和对燃料气适应性广等特点,已成为下一代能源转换装置的首选之一。众所周知,一氧化碳与氢气的混合气制备较简单,来源丰富。如能合理地用作SOFC燃料气,则其运行成本可以大大降低。 本文根据SOFC的工作原理,采用一氧化碳和氢气的混合气为燃料,建立平板式SOFC单体、串联的单流道、多流道三维数学模型,应用计算流体力学软件Fluent及编写部分子程序对其进行模拟计算。分析了一定工况条件(燃料流速、空气流速、燃料气组分比例等)4个不同流场下的串联SOFC传热传质现象和电学性能;分析不同流场设计对多流道SOFC热学性能、电学性能的影响;比较了单体、串联与多流道SOFC在相同工况条件下的热学、电学性能。结果表明:对单体及串联SOFC,燃料气和氧化气在同向进气的情况下较反向进气的电流密度、温度场分布均匀,同时,调节燃料气和空气流速,也可以使电流密度和电池温度场的分布更趋均匀。多流道SOFC采用交叉流设计时热电性能最优。增加燃料气中氢气与一氧化碳的质量比至1:16,电池的热学、电学性能能够保持在合理范围内。SOFC的电解质越薄,其热电性能越好。在相同工况条件下多流道SOFC较单体及串联SOFC的温度略高,电学性能略好。
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