固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell,SOFC）作为高效且清洁的能量转换设备。热、质传递、微流动、电荷输运、电化学反应及催化重整等不可逆过程是其内部的本征过程。这些过程不可避免地产生不可逆损失,而熵产是集各个不可逆损失于一体的函数。传统研究SOFC性能是以实现功率密度输出最大化为目的,这是一种对燃料电池性能技术上提高的短期目标。若从熵产及?分析角度研究SOFC的非平衡态热力学性能则可能达到节省能源的长期且最终目的。为此,本文建立以氢气为燃料和以甲烷为燃料的SOFC（H₂-SOFC和CH₄-SOFC）的三维多物理场模型并结合熵产衡算式建立流体粘性摩擦熵产(G_fric)、热传导熵产（G_h）、分子扩散传质熵产（G_m）、活化极化熵产(G_act)、欧姆热熵产(G_ohm)及甲烷重整反应熵产(G_ch)的宏观唯象框架,探讨操作参数和结构设计对电池功率密度、全局熵产、?损失、燃料利用率、发电效率及?效率等性能的影响及其在发电过程中的变化规律,这有利于确定SOFC中各组件上不可逆熵产的分布,计算出SOFC内部各过程的不可逆性,为优化SOFC热力学性能提供重要理论依据。目前,这一方面的相关研究及报道很少,由于计算SOFC内部存在的各项不可逆性,需要获得其各个过程的驱动力及热力学通量参数,同时受到高温,密封及电池尺寸较小的限制,本文利用COMSOL软件建立起内部过程模拟—结构设计—性能分析之间的联系。论文工作主要包括以下几个方面:（1）构建三维板式SOFC质、热传递、二次电流密度分布和动量守恒等数值模型,利用COMSOL软件进行计算,获取相应输运过程的驱动力和通量,用于求解SOFC内部流体粘性耗散、热传导、分子扩散传质、活化极化、欧姆热及甲烷重整等效应引起的不可逆熵产模型。（2）搭建了SOFC实验测试平台,分别测试H₂-SOFC和CH₄-SOFC在不同操作温度下的I-V-P性能曲线,验证了输运模型的可靠性,间接证明了用于计算熵产所需驱动力和通量的准确性,保证了计算出的系统?损失和?效率等性能的有效性。（3）模拟探究了各项局部熵产在SOFC中的分布和发电过程中各项全局熵产、?损失、?效率及发电效率的变化规律。结果表明,H₂-SOFC中G_m占主导,其次是G_act;而CH₄-SOFC中则是G_ch占主导,其次是G_act,再次是G_m,两种燃料的SOFC中G_fric均可忽略不计。S_ch位阳极支撑层入口顶部;S_act分布于电极功能层;S_m分布在电池入口通道与电极层的接触处,且阳极S_act与S_m均大于阴极上的数值;S_ohm在整个SOFC组件上中均有分布,但电解质中心面上较为集中;S_h则是集中于入口通道与连接体的接触处且在CH₄-SOFC中,随电压的减小,沿电池长度方向上,S_h先减小增大。发电过程中,随着输出电流密度的逐渐增大,?损失呈近似线性增大,功率密度及发电效率呈先增大后减小的规律,?效率在H₂-SOFC中从约92%逐渐降低到60%,而在CH₄-SOFC中则是呈先增大后减小的规律,主要原因在于前者?效受功率密度影响大于受?损的影响,后者相反。?效率较高,说明被有效利用的功就较多,意味着SOFC更加节能。而?效率较大但发电效率较小,两者差值较大,说明SOFC系统的不可逆性相对较大。（4）在H₂-SOFC系统中考察了操作温度、燃料入口流量、H₂初始摩尔分数、肋板宽/通道宽（Ratio of rib width to channel width,RCR）、通道高/通道宽（Ratio of channel height to channel width,CSR）及通道数等对SOFC热力学性能及发电性能的影响规律。结果表明,升温、减少H₂摩尔分数、入口燃料流量越少,?损失越低,而发电性能及热力学性能均增强;在一定范围内,通过降低燃料流率与空气流率,可大幅提高发电效率。相同电流密度下,RCR越小,系统不可逆性越低,?效率及发电效率均越大。因此宽通道,窄肋板结构的H₂-SOFC性能更好。相较于单通道,多通道单堆电池片的不可逆性更强,其?效率也更高,相同电流密度下,增加通道数,可以获得更高的功率密度,?效率及发电效率。（5）在CH₄-SOFC系统中考察了操作温度、水碳比（steam-to-carbon,S/C）、甲烷预重整率、RCR及CSR等对SOFC热力学性能及发电性能的影响规律。结果表明:升高电池温度,有助于增强电池各项性能;在CH₄-SOFC中,低S/C和预重整率,功率密度越大,反之获得较高?效率及发电效率。RCR显著影响电池性能,减小RCR可增强电池性能,CSR对电池性能影响较小。但是窄肋板,宽且低通道的SOFC几何模型能得到更优电池第二定律热力学性能。在高温、高CSR、低RCR、低S/C及低预重整率下,CH₄-SOFC系统不可逆性较强。