在當(dāng)今的清潔能源工程技術(shù)發(fā)展中,燃料電池因為其產(chǎn)品具有清潔、污染小、能量轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點而被國內(nèi)以及世界廣泛的關(guān)注。同樣,在眾多的清潔能源燃料電池的類型中,固體氧化物燃料電池（SOFC）因為具有穩(wěn)定的電壓與功率密度高,使用便攜而受到世界各國的青睞,因此對固體氧化物燃料電池的研究顯得格外重要。由于燃料電池在工作過程中反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜,內(nèi)部涉及物質(zhì)傳遞、動量轉(zhuǎn)換、能量交換等多個過程的耦合,使用實驗研究相關(guān)機(jī)理過程復(fù)雜、成本高、耗時長,因此本文將使用數(shù)值仿真的方法研究固體氧化物燃料電池的相關(guān)特性。本文主要研究以下兩個部分:首先第一部分基于FLUENT研究平板SOFC電池堆在原始結(jié)構(gòu)、帶有半圓形分管道的結(jié)構(gòu)、帶有附加分管道的結(jié)構(gòu)下空氣側(cè)與燃料側(cè)氣道中氣體的速度場、壓力場與溫度場分布,并得到三種結(jié)構(gòu)對應(yīng)下各個子氣道的最大流量分布,然后進(jìn)一步改變?nèi)剂蟼?cè)電池堆進(jìn)出口主管道數(shù)目比,得到對應(yīng)的三個場分布和子氣道流量分布。通過對比不同氣道布置下的計算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)帶有附加分管道并且進(jìn)出口數(shù)目比為1:2的電池堆結(jié)構(gòu)速度分布更加均勻,壓力較小,局部高溫區(qū)域少,并且子氣道的流量分配更加均勻。第二部分基于COMSOL研... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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燃料電池與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率對比

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文8圖2.1燃料電池離子、電子傳輸示意圖以氫氧燃料電池為例：陽極：222O2HOHe（2.1）陰極：22122OeO（2.2）總反應(yīng)式：22212OHOH（2.3）在電池中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能會轉(zhuǎn)化成電能，于是每消耗1mol氫氣，就能在回路中產(chǎn)生的傳輸電荷量為2Ne2F。其中，N代表阿伏伽德羅常數(shù)，e代表單個電子的電量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，用E代表SOFC中的可逆電壓，那么移動這些電子做的功為2NernstFE。在熱力學(xué)定律中，電化學(xué)反應(yīng)中電子移動過程中所做的功等于反應(yīng)前后吉布斯自由能的差值：2221,,,,2OTpTpTpTpHOH（2.4）式中，T,p為反應(yīng)物α在溫度T與壓力p下的摩爾吉布斯自由能。從而可得可逆電壓為：,2TpEF（2.5）

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文18堆，節(jié)約了成本；最后，相比大型電堆來說，5~10層的小型電堆輸出功率更加穩(wěn)定，便于和配套的電池堆輔助系統(tǒng)進(jìn)行模塊化管理。3.2模型建立3.2.1幾何模型建立本章主要采用UG三維建模軟件建立5層SOFC電池堆模型，并生成.x_t文件，模型包括燃料側(cè)的電池堆與空氣測的電池堆，分別如圖3.1與圖3.2所示，電池堆的每一層有10根子氣道。在燃料側(cè)的電池堆中，燃料氣體經(jīng)主管道進(jìn)入10根分管道中，并由出口主管道排出到外部環(huán)境中。在空氣側(cè)的電池堆中，每一層有10根出氣口，空氣經(jīng)10根分管道后從出氣口排出到環(huán)境中。之后將模型文件導(dǎo)入到ANSYSworkbench的fluent模塊中的mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格的尺寸控制函數(shù)采用自適應(yīng)尺寸函數(shù)，并設(shè)置參考中心為+100，網(wǎng)格的最小單元尺寸設(shè)置為0.1mm，最后將生成的網(wǎng)格文件導(dǎo)入fluent計算模塊進(jìn)行計算，計算完成后采用CFD-post模塊進(jìn)行后處理。圖3.1燃料側(cè)半圓形及加設(shè)分管道電池堆結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]固體氧化物燃料電池微結(jié)構(gòu)特性模擬研究[D]. 馬康健.大連理工大學(xué) 2018
[2]固體氧化物燃料電池的傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬[D]. 黃鏡歡.南京理工大學(xué) 2004



本文編號：3310562