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固体氧化物燃料电池三维热流电化学分析
  • ISSN号:0258-8013
  • 期刊名称:中国电机工程学报
  • 时间:0
  • 页码:882-886
  • 语言:中文
  • 分类:TM911[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:[1]华中科技大学塑性成型模拟与模具技术国家重点实验室,湖北省武汉市430074
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(90410017).
  • 相关项目:等离子混相喷射数字化制造高性能燃料电池的复杂形状复合功能模块
中文摘要:

根据平板固体氧化物燃料电池(SOFC)工作原理,对其工作系统的传热传质和电化学反应建立三维热流模型和电化学模型。控制方程引入源项,质量源项表征反应物和产物的质量变化,用Darcy模型描述气体在多孔电极内的动量源项,能量源项反应系统内的化学反应热和欧姆热。以交换电流密度连接SOFC的热流和电化学模型的耦合分析,CFD软件ANSYS—CFX求解热流模型,子程序计算电化学反应。改变工作参数如气体流动方向、燃料气组分和燃料气流动速度,分析其对电池温度场及电流密度分布的影响。结果表明:燃料气和氧化气在同向进气的情况下较反向进气的温度场分布、电流密度更为均匀;加快燃料气进口速度或提高燃料气中氢气质量分数,虽然提高平均电流密度,但是最高最低温度之差也随之增加,即温度梯度变化明显,因此会引起系统热应力的增加。

英文摘要:

On the basis of the operating principle of planar solid oxide fuel cell(SOFC), a three-dimensional thermo-fluid and electrochemical models were constructed for the heat transfer, mass transfer and chemical reaction in the system. Sources were applied to the governing equation, in particular, mass variation of reaction and production gas was described by the mass source, momentum source was characterized gas flow in the porous electrodes by Darcy model, and energy source described the reaction and Ohmic heat. Exchange current density was connected to the couple analysis of SOFC thermo-fluid and electrochemical model, then thermo-fluid model was solved by the computational fluid dynamics tool ANSYS-CFX and electrochemical model was calculated in subroutine. Changing the working parameters such as the flow direction of gas, components of fuel gas and flow velocity of fuel gas, the influence of cell and current density field on the temperature distribution was investigated. The results show that temperature distribution and the average current density are more uniform in the co-flow case than in the counter-flow case. Increasing fuel inlet velocity or increasing the hydrogen mass fraction in the fuel gas, the average current density and difference of highest and lowest temperature increase, in other words, the variation of temperature gradient increases, so thermal stress in the system also increases.

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期刊信息
  • 《中国电机工程学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国电机工程学会
  • 主编:张文涛
  • 地址:北京清河小营东路15号 中国电力科学研究院内
  • 邮编:100192
  • 邮箱:pcsee@epri.sgcc.com.cn
  • 电话:010-82812536 82812534 82812545
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-8013
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2107/TM
  • 邮发代号:82-327
  • 获奖情况:
  • 1992年全国优秀科技期刊三等奖,1992年中国科协优秀科技期刊二等奖,1996年中国科协优秀科技期刊二等奖,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:98970