【摘要】：為更好地了解單電池內(nèi)復(fù)雜的氣相流動(dòng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量平衡及能量守恒,運(yùn)用COMSOL軟件建立用于數(shù)值模擬的固體氧化物燃料電池仿真模型。通過該模型分析電池陽極和陰極內(nèi)反應(yīng)氣體的質(zhì)量和濃度的變化、內(nèi)部壓力分布等情況,從而得到單電池內(nèi)電流分布與反應(yīng)氣體濃度的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系,更準(zhǔn)確地獲得電池內(nèi)部電流場的分布,為電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、控制參數(shù)的確定提供依據(jù)。
【圖文】：

。COMSOL作為一種新興的基于有限元法的流體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算軟件，，可通過不同物理模型邊界條件的相互耦合建立更精確的仿真模型，解決部分由于模型屬性、量級(jí)不同而無法結(jié)合的難題，且該軟件能和控制領(lǐng)域研究常用的Matlab軟件進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，從而解決了部分控制層面難以描述卻又不能忽略的非線性環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能的表述問題，更好地提高燃料電池性能、控制方法研究仿真的效率［9～11］。1工作原理與模型建立SOFC是一個(gè)把燃料(富氫氣體)和氧化氣(空氣)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，其普遍構(gòu)成及工作原理如圖1所示，典型的平板式或管式SOFC均需由兩個(gè)電極、兩個(gè)氣體通道、電解質(zhì)層構(gòu)成［1］。具有一定壓力的燃料通過通道不斷地加載在電解質(zhì)兩側(cè)，在電解質(zhì)兩側(cè)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:陽極:H2+O迤→2－H2O+2e－(1)陰極:12O2+2e迤→－O2－(2)圖1固體氧化物燃料電池(SOFC)工作原理Fig．1IllustrationofSOFCmechanism本研究中對(duì)選取的建模對(duì)象擬定以下條件，其構(gòu)成圖如圖2所示。1)SOFC本體由兩個(gè)通道、兩個(gè)多孔氣體擴(kuò)散電極和夾在中間的電解質(zhì)(氧化釔(Y2O3)穩(wěn)定氧化鋯(ZrO2)即YSZ)構(gòu)成;2)兩電極極板通道中的氣體流動(dòng)方向?yàn)閷?duì)流;圖2平板式對(duì)流SOFC結(jié)構(gòu)Fig．2StructureoftheplateSOFC(convectioncurrent)3)陽極、陰極通道中的燃料分別為含有少量水分的純氫和空氣，其中空氣成分為氧和氮。2數(shù)學(xué)描述在SOFC單電池運(yùn)行中，熱、氣流、化學(xué)、電化學(xué)系統(tǒng)之間存在千絲萬縷的內(nèi)在聯(lián)系，氣流的波動(dòng)和熱的產(chǎn)生、吸收對(duì)氣流的速率和溫度的分布有較大影響，可運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)中的守恒定律計(jì)算電池在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的燃料、空氣流量和運(yùn)行溫度。該化學(xué)過程從氣流、熱力學(xué)的角度分為質(zhì)量?

本文編號(hào)：2572836