高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）憑借轉(zhuǎn)換效率高、燃料適用性廣、余熱利用價(jià)值高、能組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),日益成為電能轉(zhuǎn)化裝置中的一大研究熱點(diǎn)。然而,SOFC仍有諸多問題有待改善,如電池功率密度仍有上升空間、電池結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較低、經(jīng)濟(jì)性有待提升等,這需要對(duì)SOFC進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高電池內(nèi)各流場(chǎng)參數(shù)分布的均勻性。而模擬仿真作為一種重要手段,在SOFC的流場(chǎng)構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)與功率預(yù)測(cè)上發(fā)揮著重要作用,已成為許多學(xué)者研究SOFC的重要工具。本文主要對(duì)SOFC進(jìn)行了數(shù)值建模,運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法對(duì)SOFC的多物理場(chǎng)與電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算。本文的研究主要從兩步入手,第一,從最基本的SOFC單元入手,討論影響SOFC單元的性能的主要因素,并得出SOFC單元的優(yōu)化方案。第二,將研究對(duì)象拓展到SOFC單電池,從單電池外部流場(chǎng)與內(nèi)部流場(chǎng)的角度分別進(jìn)行討論。在外部流場(chǎng)方面,主要討論外部歧管的尺寸設(shè)計(jì),及其在不同流速下的流場(chǎng)均勻性,從而得到外歧管的最佳方案,滿足了高流場(chǎng)均勻度的要求,并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化后電池輸出功率密度的提升;在內(nèi)部流場(chǎng)方面,本文對(duì)傳統(tǒng)的平行氣道SOFC流場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),在內(nèi)部流場(chǎng)... 

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本章小結(jié)
        1.3.1 研究趨勢(shì)
            1.3.1.1 更加符合流動(dòng)特性的氣道設(shè)計(jì)
            1.3.1.2 輸運(yùn)損失更小的歧管設(shè)計(jì)
            1.3.1.3 數(shù)值算法的優(yōu)化
        1.3.2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 SOFC單元的流場(chǎng)模擬與優(yōu)化
    2.1 SOFC單元的流場(chǎng)模擬
        2.1.1 控制方程
            2.1.1.1 質(zhì)量方程
            2.1.1.2 動(dòng)量方程
            2.1.1.3 能量方程
        2.1.2 模型假設(shè)與邊界條件
            2.1.2.1 模型假設(shè)
            2.1.2.2 邊界條件
        2.1.3 數(shù)值實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析
            2.1.3.1 壓強(qiáng)分布
            2.1.3.2 速度分布
    2.2 SOFC單元電化學(xué)模擬與靈敏度分析
        2.2.1 控制方程
            2.2.1.1 質(zhì)量方程
            2.2.1.2 組分輸運(yùn)方程
            2.2.1.3 電荷輸運(yùn)方程
            2.2.1.4 能量方程
        2.2.2 邊界條件與模型假設(shè)
        2.2.3 CFD數(shù)值模型驗(yàn)證
        2.2.4 氣道形狀對(duì)SOFC重復(fù)單元性能的影響
        2.2.5 燃料進(jìn)氣量對(duì)SOFC重復(fù)單元的性能影響
        2.2.6 電極厚度對(duì)SOFC重復(fù)單元的影響
            2.3.6.1 氧氣濃度分布
            2.2.6.2 氫氣濃度分布
            2.2.6.3 性能對(duì)比
    2.3 本章小結(jié)
第3章 SOFC單電池的外部流場(chǎng)優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 建模過程
    3.3 計(jì)算模擬
        3.3.1 各設(shè)計(jì)的流場(chǎng)分布
        3.3.2 流動(dòng)均勻指數(shù)與進(jìn)氣流量的關(guān)系
        3.3.3 入口歧管幾何尺寸對(duì)流場(chǎng)均勻性的影響
    3.4 不同前后流場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)SOFC電池性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
第4章 使用壓強(qiáng)平衡槽的SOFC單電池設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 模型建立
    4.3 邊界條件與基本假設(shè)
    4.4 結(jié)果分析
        4.4.1 流場(chǎng)分布
        4.4.2 組分與溫度分布
        4.4.3 性能對(duì)比
    4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固體氧化物燃料電池分布參數(shù)模擬研究[J]. 喬威,于澤庭,韓吉田.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]外氣道SOFC電堆流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬[J]. 方大為,王凱,顏冬,羅軍,蒲健.  電源技術(shù). 2013(09)
[3]對(duì)中國(guó)能源問題的思考[J]. 江澤民.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(03)

博士論文
[1]中空纖維固體氧化物燃料電池的研究[D]. 彭舒軍.華南理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]硅基復(fù)合電解質(zhì)中溫SOFC構(gòu)造與性能研究[D]. 陳梓萱.大連海事大學(xué) 2016
[2]平板式固體氧化物燃料電池連接體的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D]. 高祥.江蘇科技大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3675131