基于多物理场模拟的低水甲烷燃料固体氧化物燃料电池的抗积碳阳极设计

本文采用与实验I-V曲线高度吻合的多物理场全耦合数值模型来模拟低水甲烷燃料SOFC的运行过程. 基于抗积碳电流密度实验数据推导出的动力学积碳活性判据,利用多场耦合数值模型系统研究了电池工作参数和阳极扩散阻碍层厚度对阳极积碳倾向的影响. 仿真模拟揭示了燃料利用率、电流密度、扩散阻碍层厚度和电池工作电压的相互关系. 结果表明,在阳极添加400 um厚的扩散阻碍层是实现SOFC高功率密度和不积碳运行的最优设计. 这种阳极结构设计对实现高效率低成本的SOFC技术具有重要意义.     

基于多物理场模拟的低水甲烷燃料固体氧化物燃料电池的抗积碳阳极设计（英文）

本文采用与实验I-V曲线高度吻合的多物理场全耦合数值模型来模拟低水甲烷燃料SOFC的运行过程.基于抗积碳电流密度实验数据推导出的动力学积碳活性判据,利用多场耦合数值模型系统研究了电池工作参数和阳极扩散阻碍层厚度对阳极积碳倾向的影响.仿真模拟揭示了燃料利用率、电流密度、扩散阻碍层厚度和电池工作电压的相互关系.结果表明,在阳极添加400 um厚的扩散阻碍层是实现SOFC高功率密度和不积碳运行的最优设计.这种阳极结构设计对实现高效率低成本的SOFC技术具有重要意义.     

平板式固体氧化物燃料电池多物理场耦合建模

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)在高温下工作,影响电池性能和结构完整性的因素众多,如何能够综合考虑这些因素并准确地预测和优化电池结构与工作性能是亟待解决的问题。使用COMSOL软件建立了单个平板式固体氧化物燃料电池多场耦合有限元三维模型,考虑电化学反应、物质浓度、流体流动、传热和固体力学多物理因素共同作用下,探明了电池在工作阶段的气体摩尔分数、电流密度、温度和热应力的分布规律。结果表明,氢气和氧气的摩尔分数随着气体流动的方向逐渐降低;在电池空气入口处,电解质电流密度较大;电池温度分布不均匀并产生了较大的热应力。本文建立的SOFC多场耦合模型可为后续SOFC的研究提供分析方法和理论支持。     

固体氧化物燃料电池堆多物理场耦合模拟的高效电化学-传质耦合算法

A multiphysics model for a production scale planar solid oxide fuel cell (SOFC) stack is important for the SOFC technology, but usually requires an unpractical amount of computing resource. The major cause for the huge computing resource requirement is identified as the need to solve the cathode O₂ transport and the associated electrochemistry. To overcome the technical obstacle, an analytical model for solving the O₂ transport and its coupling with the electrochemistry is derived. The analytical model is used to greatly reduce the numerical mesh complexity of a multiphysics model. Numerical test shows that the analytical approximation is highly accurate and stable. A multiphysics numerical modeling tool taking advantage of the analytical solution is then developed through Fluent®. The numerical efficiency and stability of this modeling tool are further demonstrated by simulating a 30-cell stack with a production scale cell size. Detailed information about the stack performance is revealed and brie y discussed. The multiphysics modeling tool can be used to guide the stack design and select the operating parameters.     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟及分析

介绍了波的射线轨迹程序C3PO和求解三维Fokker-Planck方程程序LUKE的基本计算过程及其物理机制.该程序采用的是反弹平均方法,考虑了相对论效应和捕获粒子效应.利用此程序模拟并分析了EAST偏滤器位形下等离子体电流对低杂波传播以及驱动效率的影响.计算结果表明,随着电流的增大,低杂波射线轨迹在极向的旋转加快,功...