固體氧化物燃料電池數(shù)值建模與仿真技術(shù)

第1章緒論001
1.1發(fā)電技術(shù)簡介001
1.1.1半導(dǎo)體pn結(jié)光伏發(fā)電001
1.1.2切割磁力線發(fā)電002
1.1.3電化學(xué)發(fā)電004
1.2固體氧化物燃料電池005
1.2.1電池單元結(jié)構(gòu)及工作005
1.2.2電池堆結(jié)構(gòu)組成及工作006
1.3SOFC模擬仿真的重要性007
1.3.1復(fù)合電極微結(jié)構(gòu)模擬007
1.3.2電堆大尺度多場耦合模擬008
參考文獻011

第2章結(jié)構(gòu)對電堆內(nèi)部空氣分布特征的影響規(guī)律014
2.1結(jié)構(gòu)與電池層間空氣分布特征015
2.2網(wǎng)格及獨立性驗證017
2.3流體動力學(xué)分析018
2.4影響電堆內(nèi)空氣分布的主要因素020
2.4.1不同出/入口主管道形貌的空氣分配特征對比020
2.4.2電池層間空氣分配的決定參數(shù)022
2.4.3入口截面大于等于出口截面的空氣分配規(guī)律023
2.4.4出/入口截面比例增加對空氣分配的影響024
2.4.5出/入口主管道截面積的影響025
2.4.6電池單元出/入口頭部寬度的影響025
2.4.7電堆規(guī)模（電池單元數(shù)）的影響025
2.4.8不同rib流道流動阻力的影響027
2.4.9不同出/入口主管道與壁面間距的影響028
參考文獻029

第3章具有主管穿透電池區(qū)域及流道開口特征的SOFC電堆032
3.1電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計特征及相關(guān)理論034
3.1.1電堆設(shè)計結(jié)構(gòu)034
3.1.2流體質(zhì)量和動量守恒035
3.1.3流體組分守恒035
3.1.4電堆內(nèi)部能量守恒036
3.1.5三維模型的邊界條件036
3.2對應(yīng)電堆內(nèi)部的多物理場分布特征037
3.2.1電堆內(nèi)部流動分布規(guī)律037
3.2.2數(shù)值模型的網(wǎng)格獨立性驗證037
3.2.3流體動力學(xué)分析039
3.2.4靜壓分布特性040
3.2.5電堆尺度的影響040
3.2.6單元電池表面的流動和溫度041
3.2.7電堆單元內(nèi)部的組分分布043
參考文獻044

第4章10層模塊化電池堆的歧管幾何優(yōu)化047
4.1電堆歧管幾何優(yōu)化簡介047
4.2模塊化電堆結(jié)構(gòu)049
4.3燃料/空氣對流管理模式050
4.4電堆流道的三維CFD建模051
4.5出/入口歧管位置的影響052
4.6出/入口歧管半徑優(yōu)化054
4.7不同出/入口歧管配置組合分析055
參考文獻056

第5章矩形和離散圓柱形肋道對電堆內(nèi)物質(zhì)分布的影響059
5.1不同肋條形貌對電堆工作性能的影響059
5.2電堆結(jié)構(gòu)特征和理論基礎(chǔ)060
5.3電堆內(nèi)部的多物理場分布質(zhì)量064
5.3.1傳統(tǒng)矩形肋道的應(yīng)用064
5.3.2離散圓柱肋道的應(yīng)用067
5.3.3離散錯列肋道的應(yīng)用071
5.3.4陰極結(jié)構(gòu)/電化學(xué)反應(yīng)/熱量和物質(zhì)輸送的影響072
參考文獻077

第6章管式電池堆的外部空氣流道設(shè)計080
6.1管式電堆外空氣流道設(shè)計介紹080
6.2外部氣流路徑結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型082
6.3對應(yīng)電堆內(nèi)部的多物理場分布特征084
6.3.1一進口一出口電堆外空氣流道084
6.3.2兩進口兩出口電堆外空氣流道085
6.3.3改進的電堆外空氣流道087
參考文獻092

第7章傳統(tǒng)SOFC復(fù)合電極的微結(jié)構(gòu)理論模型095
7.1復(fù)合介質(zhì)微結(jié)構(gòu)理論簡介095
7.2復(fù)合電極微結(jié)構(gòu)和配位數(shù)關(guān)系096
7.2.1配位數(shù)理論基本概念096
7.2.2Bouvard逾滲理論模型098
7.2.3Suzuki逾滲理論模型099
7.2.4改進的逾滲理論模型101
7.3兩組分復(fù)合電極逾滲模型102
7.3.1宏觀電極有效性質(zhì)與配位數(shù)關(guān)系102
7.3.2復(fù)合電極性質(zhì)無量綱化計算107
7.4多組分復(fù)合電極逾滲模型111
7.4.1電極有效性質(zhì)與配位數(shù)關(guān)系111
7.4.2復(fù)合電極性質(zhì)無量綱化計算112
7.5針對顆粒尺寸分布的逾滲模型115
7.5.1某材料相顆粒尺寸正態(tài)分布表征115
7.5.2復(fù)合有效性質(zhì)與微觀參數(shù)關(guān)系116
7.5.3逾滲模型的有效性驗證118
7.6其他針對微觀電極的解析模型119
7.6.1方格網(wǎng)絡(luò)隨機分布模型119
7.6.2薄膜模型119
參考文獻120

第8章采用電子/氧離子混合導(dǎo)電材料的復(fù)合電極逾滲模型123
8.1電子/氧離子混合導(dǎo)電電極123
8.2LSCF YSZ/YSZ/Ni YSZ電池單元示意124
8.3復(fù)合電極逾滲理論125
8.3.1配位數(shù)理論125
8.3.2二組分復(fù)合電極126
8.3.3具有顆粒尺寸分布的LSCF YSZ電極131
8.4微觀參數(shù)對混合電導(dǎo)電極性質(zhì)的影響133
8.4.1微觀參數(shù)對LSCF-YSZ-氣孔逾滲三相線的影響133
8.4.2微觀參數(shù)對LSCF-氣孔逾滲兩相界面的影響135
8.4.3微觀參數(shù)對電極混合導(dǎo)電特性的影響136
8.4.4微觀參數(shù)對物質(zhì)傳輸特性的影響138
參考文獻139

第9章具有H /e-/O2-混合導(dǎo)電特性的H -SOFC電極逾滲理論141
9.1H /e-/O2-混合導(dǎo)電電極141
9.2相關(guān)理論模型142
9.2.1LSCF-BZCY-SDC復(fù)合陰極微觀結(jié)構(gòu)和工作過程143
9.2.2一般性逾滲理論的發(fā)展144
9.2.3材料的本征電導(dǎo)率148
9.3微觀材料參數(shù)對電極性質(zhì)的影響148
9.3.1組分體積分?jǐn)?shù)的逾滲閾值149
9.3.2氧還原反應(yīng)的潛在電化學(xué)反應(yīng)位點149
9.3.3水蒸氣生成反應(yīng)的潛在電化學(xué)反應(yīng)位點151
9.3.4電子/氧離子/質(zhì)子/導(dǎo)電性質(zhì)153
9.3.5氣體輸送特性154
參考文獻156

第10章采用混合導(dǎo)電材料的SOFC紐扣電池多物理場建模分析159
10.1SOFC紐扣電池159
10.2電池工作理論基礎(chǔ)161
10.2.1潛在的電化學(xué)活性位161
10.2.2電池內(nèi)部導(dǎo)電過程等效電路162
10.2.3實際電化學(xué)活性位164
10.2.4局部電化學(xué)平衡過程的數(shù)學(xué)描述164
10.2.5活化過電勢與電邊界設(shè)置間的約束關(guān)系166
10.2.6混合導(dǎo)電型SOFC多物理場模型167
10.2.7IT-SOFC復(fù)合電極逾滲微觀模型170
10.3紐扣電池跨尺度多場耦合模型的有效性驗證172
10.4純LSCF和LSCF-SDC復(fù)合陰極對電池性能的影響174
10.5實際電化學(xué)活化區(qū)域厚度175
10.6致密電解質(zhì)的漏電影響177
10.7不同LSCF負(fù)載對電極和電池性能的影響179
參考文獻181