固體氧化物燃料電池理論分析與結構優(yōu)化設計

第1章緒論1
1．1燃料電池簡介1
1．2固體氧化物燃料電池優(yōu)勢2
1．3固體氧化物燃料電池的開路電壓2
1．4固體氧化物燃料電池的三種極化損失4
1．4．1活化極化5
1．4．2歐姆極化6
1．4．3濃差極化6
1．5固體氧化物燃料電池的效率7
第2章具有菲克定律形式的塵氣模型11
2．1引言11
2．2理論12
2．3模型驗證14
2．3．1模型描述14
2．3．2數(shù)值模擬方法和模型參數(shù)15
2．4DGMFM準確性分析16
2．4．1基本模型參數(shù)時DGMFM準確性分析16
2．4．2不同陽極結構時DGMFM準確性分析17
2．4．3不同操作條件時DGMFM準確性分析17
2．4．4DGMFM高度準確的原因20
2．5小結21
參考文獻21
第3章傳統(tǒng)電極曲率模型23
3．1傳質理論23
3．1．1菲克模型23
3．1．2麥克斯韋-斯特藩模型24
3．1．3塵氣模型24
3．1．4菲克形式塵氣模型25
3．2曲率綜述25
3．3曲率的計算27
3．3．13D立方體堆積27
3．3．2擴散模擬27
3．3．3模型驗證與計算結果分析28
3．4曲率的推導31
3．4．1理論推導31
3．4．2模型驗證及計算結果分析33
3．5小結34
參考文獻34
第4章靜電紡絲電極三相線模型37
4．1電極TPB模型簡介37
4．1．1傳統(tǒng)電極37
4．1．2浸漬電極38
4．2靜電紡絲電極TPB模型39
4．3靜電紡絲電極TPB長度計算40
4．4逾滲率42
4．5TPB長度43
4．6小結44
參考文獻45
第5章陽極支撐與陰極支撐SOFC性能對比分析47
5．1引言47
5．2模型48
5．2．1控制方程48
5．2．2邊界條件50
5．3模型參數(shù)52
5．4計算結果分析52
5．4．1氣體濃度分布53
5．4．2電勢分布54
5．4．3溫度分布54
5．4．4肋寬度的影響54
5．4．5接觸電阻和單元寬度的影響55
5．5小結56
參考文獻57
第6章雙電極支撐SOFC性能分析58
6．1引言58
6．2模型59
6．2．1物理模型59
6．2．2導電過程的控制方程59
6．2．3質量輸運過程的控制方程60
6．2．4邊界條件60
6．2．5模型參數(shù)及驗證62
6．3計算結果分析63
6．3．1物理量分布對比63
6．3．2不同參數(shù)的影響65
6．4小結67
參考文獻67
第7章電解質支撐SOFC電極厚度分析69
7．1引言69
7．2物理模型70
7．3數(shù)學模型70
7．3．1物質傳輸控制方程70
7．3．2導電控制方程71
7．4計算結果分析71
7．4．1氣體濃度分布71
7．4．2電極集流層厚度優(yōu)化71
7．5小結74
參考文獻74
第8章陽極支撐SOFC肋尺寸分析76
8．1引言76
8．2理論方法77
8．2．1物理模型77
8．2．2氣體在多孔介質中的輸運控制方程78
8．2．3導電過程的控制方程79
8．2．4邊界條件(BCs)80
8．2．5數(shù)值方法81
8．2．6模型參數(shù)和數(shù)值驗證81
8．3結果與討論83
8．3．1電池性能與肋寬度的關系83
8．3．2陽極肋寬度對電池性能的影響85
8．3．3陰極肋寬度對電池性能的影響87
8．3．4最優(yōu)肋寬度的計算公式89
8．4小結91
參考文獻91
第9章陰極支撐SOFC肋優(yōu)化93
9．1引言93
9．2模型94
9．2．1幾何模型94
9．2．2傳質過程模擬95
9．2．3導電過程模擬97
9．2．4邊界條件99
9．2．5數(shù)值求解99
9．2．6數(shù)值驗證100
9．3結果與討論101
9．3．1肋寬度對電池性能影響101
9．3．2最優(yōu)肋寬度表達式102
9．4小結104
參考文獻104
第10章SOFC肋尺寸選取107
10．1引言107
10．2模型108
10．3計算結果分析108
10．4小結113
參考文獻114
第11章SOFC新型連接體設計與優(yōu)化115
11．1引言115
11．2模型115
11．2．1幾何模型115
11．2．2氣體輸運方程117
11．2．3導電方程117
11．2．4Butler-Volmer方程118
11．2．5邊界設置118
11．3不同連接體設計性能對比119
11．3．1陽極濃度過電勢分布119
11．3．2陰極電勢分布119
11．3．3電導率的影響121
11．3．4孔隙率的影響122
11．3．5單元寬度和Vop的影響123
11．4交叉形連接體結構優(yōu)化125
11．4．1陰極連接體多參數(shù)優(yōu)化125
11．4．2陽極連接體多參數(shù)優(yōu)化128
11．5小結131
參考文獻131
第12章SOFC多場模型的開發(fā)133
12．1SOFC多場模型概述133
12．2模型134
12．2．1幾何模型134
12．2．2電荷守恒方程135
12．2．3動量守恒方程136
12．2．4質量守恒方程136
12．2．5能量守恒方程137
12．2．6邊界條件138
12．2．7多場模型開發(fā)139
12．3計算結果分析140
12．4新型電堆設計142
12．5小結145
參考文獻146