【摘要】：隨著能源危機(jī)的愈發(fā)嚴(yán)峻以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)重,高效率,低污染的能源利用方式越來越受到人們的高度重視。為了有效的利用能源和更好的保護(hù)環(huán)境,尋求合適的新能源及清潔能源成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn),而不斷以提高能量轉(zhuǎn)換裝置的性能則一直是能源技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電裝置,它將外界輸入的燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能并持續(xù)向外供電。這種發(fā)電技術(shù)不僅緩和了使用化石能源引起的污染排放問題,還提高用電的靈活性和可靠性。本論文建立了一個(gè)經(jīng)典固體固體氧化物燃料電池模型,分析驗(yàn)證了各種運(yùn)行工況對(duì)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的影響,采用遺傳算法對(duì)燃料電池的效率及體積進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化；固體氧化物燃料電池的高溫余熱驅(qū)動(dòng)熱機(jī)循環(huán),建立了固體氧化物燃料電池-熱機(jī)混合系統(tǒng),從而提高總體系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。具體研究?jī)?nèi)容如下： 第一章介紹了燃料電池的發(fā)展歷史,研究背景和意義。 第二章介紹了固體氧化物燃料電池(SOFC)工作原理,考慮其熱力學(xué)及電化學(xué)過程的不可逆因素,建立了固體氧化物燃料電池完整的熱力學(xué)和電化學(xué)的不可逆模型。然后,確定一個(gè)固定運(yùn)行參數(shù)的燃料電池系統(tǒng),通過理論分析和數(shù)值模擬的方法來研究運(yùn)行參數(shù)如工作溫度,壓力,電解質(zhì)厚度,空氣當(dāng)量及燃料當(dāng)量們對(duì)電池性能的影響,得出下一步對(duì)燃料電池系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算的理論依據(jù)。 第三章對(duì)于輸出功率給定的燃料電池系統(tǒng),推導(dǎo)出其系統(tǒng)尺寸的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合第二章得出的系統(tǒng)效率的數(shù)學(xué)模型,利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)效率和系統(tǒng)尺寸的多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算。其中決策變量有四個(gè),分別是電流密度,空氣當(dāng)量,燃料當(dāng)量和工作壓力。優(yōu)化過程得出一組反映系統(tǒng)效率優(yōu)化和系統(tǒng)尺寸優(yōu)化兩者權(quán)衡關(guān)系的Pareto解集和四個(gè)決策變量的解集。通過分析決策變量解集與兩個(gè)目標(biāo)變量解集之間的關(guān)系,得出決策變量的優(yōu)化區(qū)間。 第四章充分利用固體氧化物燃料電池的高品質(zhì)余熱來驅(qū)動(dòng)一個(gè)采用不可逆卡諾循環(huán)的熱機(jī),這樣混合系統(tǒng)的輸出功率和效率都得到了提升。本章中考慮熱力學(xué)和電化學(xué)不可逆性以及燃料電池與熱機(jī)之間的導(dǎo)熱熱阻等各種損失,建立了一個(gè)固體氧化物燃料電池與熱機(jī)聯(lián)合的混合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。其中燃料電池模型采用了本文中以上章節(jié)得出的燃料電池模型。通過數(shù)值模擬,計(jì)算來分析混合系統(tǒng)的整體性能,還有不同運(yùn)行工況對(duì)混合系統(tǒng)性能的影響,得到了混合系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化區(qū)間。 第五章概括全文的主要內(nèi)容和結(jié)論�？偨Y(jié)了論文中的創(chuàng)新點(diǎn).
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2560256