催化层网格密度对固体氧化物燃料电池模拟结果影响研究

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)数值模型的应用一直受制于计算精度与计算资源需求间的矛盾,催化层内网格密度对模型结果精度和计算资源需求具有重要影响,但缺乏相应的选取依据。针对这一问题,建立三维SOFC特征单元模型,应用模型研究不同催化层网格单元数对模型计算结果的影响规律,并分析其影响机理。研究结果表明:数值模型得到的电池性能随催化层网格密度增加而增大,且随输出电流密度增加,其差别越大。这是因为计算电流密度主要是生成电流密度在催化层垂直方向上的积分,而生成电流密度在靠近电解质小区域内呈指数增大,数值模型采用的有限容积方法基于线性分布,其计算结果必然随网格密度增加而增大。基于这一机理,还探讨了低网格密度时,提高数值模型结果精度的一些修正措施。研究结果对数值模拟过程中催化层网格密度的选取,提高模型结果精度提供一定理论基础。