固体氧化物燃料电池堆多物理场耦合模拟的高效电化学-传质耦合算法

摘要

平板型固体氧化物燃料电池（SOFC）堆的多物理场耦合模型对于推进SOFC技术发展非常重要，但是此类模型通常对计算资源需求非常高，难以实现．其主要问题在于，耦合求解O2传输和相关的电化学分布要求网格设置的精细程度高．为克服这一技术问题，发展了一种解耦阴极中O2传输与电化学的耦合解析模型．该模型在应用于电堆多场耦合计算时可以显著降低计算资源，并且模拟结果显示出该解析近似具备很高的精确性和计算稳定性．基于该解析方法，用CFD软件Fluent建立了一种多物理场耦合数值模型，这种模型可以很好地运用于SOFC电池堆模拟．我们通过建立一个30层电池片的工业化电池堆模型进一步展示了它的计算效率和稳定性．电池堆各物理场分布的详细信息和电堆性能通过多场耦合模拟被揭示并简要讨论．这种多物理场耦合模拟工具可被用来指导、评价电堆设计，并选择合适的运行参数，