【摘要】：平板式固體氧化物燃料電池(pSOFCs)發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵阻礙之一是缺乏有效的密封材料,以往的一些研究主要集中在密封材料的實(shí)驗(yàn)和材料力學(xué)分析等方面,缺乏對(duì)密封材料泄漏機(jī)理的定量分析。本文研究平板式固體氧化物燃料電池壓縮密封的泄漏機(jī)理,提出泄漏率預(yù)測(cè)理論方法。首先,基于格子玻爾茲曼方法(LBM)在處理復(fù)雜邊界流動(dòng)問題時(shí)具有一定靈活性的特點(diǎn),將其用來模擬密封粗糙壁面界面間隙中的非線性流動(dòng)。介紹LBM的基本理論,并研究在SOFCs密封中等溫不可壓縮流動(dòng)問題的LBM具體應(yīng)用,明確相關(guān)邊界條件設(shè)置,對(duì)于數(shù)值模擬中無量綱化和參數(shù)選擇等問題進(jìn)行討論。其次,采用數(shù)值三維粗糙面生成技術(shù)對(duì)密封界面間隙幾何構(gòu)型進(jìn)行重構(gòu),結(jié)合格子玻爾茲曼方法對(duì)氣體在界面間隙內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值研究,分析流動(dòng)狀態(tài)并提出兩個(gè)重要的無量綱參數(shù):粗糙度流量因子Φ_σ和高度流量因子Φ_h,分別用來表征粗糙表面形貌特征和界面間隙有效高度對(duì)密封泄漏率的影響。最后,對(duì)單粗糙峰微接觸力學(xué)進(jìn)行有限元分析,確定應(yīng)力作用下粗糙界面有效間隙高度�；谏鲜龇椒�,所有數(shù)值結(jié)果均被擬合為無量綱準(zhǔn)則關(guān)系式,用以計(jì)算界面泄漏率。這些準(zhǔn)則關(guān)系式可以直接用于預(yù)測(cè)任意特定工況下壓縮密封的泄漏率,而不需要依賴任何實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式。本文提出的泄漏率預(yù)測(cè)模型還與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行泄漏率預(yù)測(cè)比較,結(jié)果表明較好的一致性,驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性。本文建立了SOFCs壓縮密封泄漏機(jī)理模型。該模型基于LBM微間隙流體力學(xué)分析和粗糙面數(shù)值重構(gòu)技術(shù),再結(jié)合密封材料的微接觸力學(xué)分析,可以方便地預(yù)測(cè)各種工況下氣體的泄漏特性,研究結(jié)果可用于優(yōu)化SOFCs的密封設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)實(shí)際工況下密封結(jié)構(gòu)的性能。
【圖文】：

圖 1-1 SOFCs 電化學(xué)反應(yīng)及電流產(chǎn)生過程 的固態(tài)組成允許多種配置形式。多年來，SOF[4]。不過在實(shí)際生產(chǎn)中，主要是管式和平板式不需要密封，但它的功率密度和性能會(huì)受到限而平板式則允許電流在相鄰單元間串聯(lián)流動(dòng)，產(chǎn)生比管式結(jié)構(gòu)更高的功率密度，平板式結(jié)構(gòu)

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)于金屬-金屬、金屬-陶瓷和陶瓷-陶瓷等幾種主要密封材料而言，需要能夠承受長(zhǎng)時(shí)間（5000 到 40000 小時(shí)）高溫下（高達(dá) 1000℃）的熱循環(huán)且不能失效。在上述幾種密封類型中，金屬-金屬密封是最容易制造的，，但這種密封也最容易在高溫下氧化。目前，金屬-陶瓷和陶瓷-陶瓷密封的發(fā)展最為迫切，但是這些材料不僅比金屬材料更難制造，且由于陶瓷固有的脆性，隨著時(shí)間的推移，它們也會(huì)逐漸失去密封功能。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM911.4

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