多物理场耦合作用下平板式固体氧化物燃料电池的蠕变损伤行为

摘要

利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型,将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中,基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序,研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为,预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明,SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变,下连接体最先达到临界损伤值,是潜在危险区域,最容易发生失效;50000h后,SOFC出现2处蠕变损伤,最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处,长度为1.6 mm,为非贯穿裂纹,较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏,可以满足40000 h的商业安全运行要求。