计算机模拟comsol,基于COMSOL固体氧化物燃料电池(SOFC)的数值模拟仿真

摘要：

燃料电池是一种实用的环保,高效的清洁可再生能源,可以预见在未来的新能源革命中会占有一席之地.而固体氧化物燃料电池(SOFC)不仅具有普通燃料电池的优点,还有燃料来源广,余热再利用等特点.然而SOFC工作在封闭高温的环境内,实验方法所需时间长,设备昂贵,还受实验条件本身的限制.数值模拟方法比起实验方法可以计算得到无法测量的结果,并且消耗时间短和资金成本低. 本文主要研究的是平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池,通过热量传输,物质传输,动量传输模型,结合燃料电池的电化学反应方程,在多物理场耦合软件COMSOL里面搭建了单电池的三维稳态模型.运用这个模型,可以得到SOFC在不同配置和工作状态下的速度,温度,浓度,电流密度等分布图,并且还可以改变一定的变量和相关的边界条件来检测这些改动对SOFC的影响.因此这个仿真模型可以通过预测不同参数对SOFC性能的影响从而来优化设计SOFC.本文在成功完成平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池建模工作后,进一步深入讨论优化SOFC电池片的方法,本文通过改变某些参数来实现,一种是改变物性参数和几何外形,比如阳极支撑体的厚度和多孔介质的孔隙率等,另一种是改变工作条件,比如电池内部温度,工作电压,热辐射影响,流场方式等,最后通过一系列不同边界条件和参数下数值模拟结果的对比,得到了一些关于SOFC优化设计的建设性意见. 数值模拟方法可以用来研究SOFC在不同工作条件下的性能,并且为SOFC的工作控制策略和选材结构设计提供科学依据.

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