固體氧化物燃料電池數值建模與仿真技術

《固體氧化物燃料電池數值建模與仿真技術》是2020年化學工業出版社出版的圖書。

基本介紹

• 書名：固體氧化物燃料電池數值建模與仿真技術
• 作者：陳代芬,李潔,張宏哲
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2020年
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝-膠訂
• ISBN：9787122373700

內容簡介

《固體氧化物燃料電池數值建模與仿真技術》基於作者近15年來在燃料電池跨尺度多場耦合工程仿真技術方面的研究工作梳理彙編而成。主要包括：針對不同多孔複合電極類型（包含電子傳導材質、氧離子傳導材質、質子傳導材質及混合導電材質）發展的系統逾滲理論模型和主要研究結論；針對各種類型紐扣電池建立的動-質-電化學-電子/離子耦合模型和主要研究結論；針對各種不同平板和管式模組化電堆三維大尺度多物理場耦合模型的建立方法，系統研究了關鍵結構參數對電堆內部物理場分布質量的影響規律，並基於此開發了多種最佳化的新型電堆設計方案。

本書可供燃料電池研究人員、技術人員，COMSOL和Ansys軟體套用人員參考，也可供能源動力專業、新能源專業的師生參考使用。

目 錄

第1章緒論001

1.1發電技術簡介001

1.1.1半導體pn結光伏發電001

1.1.2切割磁力線發電002

1.1.3電化學發電004

1.2固體氧化物燃料電池005

1.2.1電池單元結構及工作005

1.2.2電池堆結構組成及工作006

1.3SOFC模擬仿真的重要性007

1.3.1複合電極微結構模擬007

1.3.2電堆大尺度多場耦合模擬008

參考文獻011

第2章結構對電堆內部空氣分布特徵的影響規律014

2.1結構與電池層間空氣分布特徵015

2.2格線及獨立性驗證017

2.3流體動力學分析018

2.4影響電堆內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徵對比020

2.4.2電池層間空氣分配的決定參數022

2.4.3入口截面大於等於出口截面的空氣分配規律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電堆規模（電池單元數）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域及流道開口特徵的SOFC電堆032

3.1電堆結構設計特徵及相關理論034

3.1.1電堆設計結構034

3.1.2流體質量和動量守恆035

3.1.3流體組分守恆035

3.1.4電堆內部能量守恆036

3.1.5三維模型的邊界條件036

3.2對應電堆內部的多物理場分布特徵037

3.2.1電堆內部流動分布規律037

3.2.2數值模型的格線獨立性驗證037

3.2.3流體動力學分析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電堆單元內部的組分分布043

參考文獻044

第4章10層模組化電池堆的歧管幾何最佳化047

4.1電堆歧管幾何最佳化簡介047

4.2模組化電堆結構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/入口歧管半徑最佳化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物質分布的影響059

5.1不同肋條形貌對電堆工作性能的影響059

5.2電堆結構特徵和理論基礎060

5.3電堆內部的多物理場分布質量064

5.3.1傳統矩形肋道的套用064

5.3.2離散圓柱肋道的套用067

5.3.3離散錯列肋道的套用071

5.3.4陰極結構/電化學反應/熱量和物質輸送的影響072

參考文獻077

第6章管式電池堆的外部空氣流道設計080

6.1管式電堆外空氣流道設計介紹080

6.2外部氣流路徑結構及其數學模型082

6.3對應電堆內部的多物理場分布特徵084

6.3.1一進口一出口電堆外空氣流道084

6.3.2兩進口兩齣口電堆外空氣流道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SOFC複合電極的微結構理論模型095

7.1複合介質微結構理論簡介095

7.2複合電極微結構和配位數關係096

7.2.1配位數理論基本概念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

7.3兩組分複合電極逾滲模型102

7.3.1巨觀電極有效性質與配位數關係102

7.3.2複合電極性質無量綱化計算107

7.4多組分複合電極逾滲模型111

7.4.1電極有效性質與配位數關係111

7.4.2複合電極性質無量綱化計算112

7.5針對顆粒尺寸分布的逾滲模型115

7.5.1某材料相顆粒尺寸常態分配表征115

7.5.2複合有效性質與微觀參數關係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方格網路隨機分布模型119

7.6.2薄膜模型119

參考文獻120

第8章採用電子/氧離子混合導電材料的複合電極逾滲模型123

8.1電子/氧離子混合導電電極123

8.2LSCF YSZ/YSZ/Ni YSZ電池單元示意124

8.3複合電極逾滲理論125

8.3.1配位數理論125

8.3.2二組分複合電極126

8.3.3具有顆粒尺寸分布的LSCF YSZ電極131

8.4微觀參數對混合電導電極性質的影響133

8.4.1微觀參數對LSCF-YSZ-氣孔逾滲三相線的影響133

8.4.2微觀參數對LSCF-氣孔逾滲兩相界面的影響135

8.4.3微觀參數對電極混合導電特性的影響136

8.4.4微觀參數對物質傳輸特性的影響138

參考文獻139

第9章具有H /e-/O2-混合導電特性的H -SOFC電極逾滲理論141

9.1H /e-/O2-混合導電電極141

9.2相關理論模型142

9.2.1LSCF-BZCY-SDC複合陰極微觀結構和工作過程143

9.2.2一般性逾滲理論的發展144

9.2.3材料的本徵電導率148

9.3微觀材料參數對電極性質的影響148

9.3.1組分體積分數的逾滲閾值149

9.3.2氧還原反應的潛在電化學反應位點149

9.3.3水蒸氣生成反應的潛在電化學反應位點151

9.3.4電子/氧離子/質子/導電性質153

9.3.5氣體輸送特性154

參考文獻156

第10章採用混合導電材料的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161

10.2.1潛在的電化學活性位161

10.2.2電池內部導電過程等效電路162

10.2.3實際電化學活性位164

10.2.4局部電化學平衡過程的數學描述164

10.2.5活化過電勢與電邊界設定間的約束關係166

10.2.6混合導電型SOFC多物理場模型167

10.2.7IT-SOFC複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複合陰極對電池性能的影響174

10.5實際電化學活化區域厚度175

10.6緻密電解質的漏電影響177

10.7不同LSCF負載對電極和電池性能的影響179

參考文獻181