固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种工作在600-1000℃,采用固态陶瓷材料作为传导氧离子电解质的能源转换装置。SOFC具有效率高、污染小、输出功率大、适用燃料广泛、只有气固两相介质、工作原理简单等优点,被认为是最有发展前途的燃料电池之一。阳极支撑型平板SOFC具有较厚的阳极,和相对较低的工作温度。本文建立的三维稳态的阳极支撑型SOFC单电池模型,可描述发生在SOFC内的多物理场过程,其中包括：甲烷蒸汽重整(MSR)、水汽转换反应(WGSR)和电化学反应,以及质量、动量、热量、电荷(电子和氧离子)等传递过程。通过商业CFD软件(Ansys/Fluent12.1)的模拟计算,辅以电流密度、电压与功率密度等试验数据验证,得到相对合理的计算结果,并分析和讨论温度、多孔介质参数,燃料种类、气体通道分布等因素对SOFC中宏观气体反应与传热传质过程的影响。此外以42步单向基元反应机理描述了发生在SOFC多孔阳极上催化材料Ni表面的内重整反应,在表面催化反应的层面上分析了SOFC阳极中多物理场之间的耦合关系。通过分析发现,如果用单电池的宏观气体反应模型,温度由进口侧沿主流道方向升高,其中出口侧靠近电解质的区域温度最高；阳极中的内重整反应主要发生在阳极顶部靠近气体通道的区域,为电化学反应提供了足够的H2同时消耗了电化学产生的H2O和热量;800℃时CH4的最大转换率只有59.1%,同时H2摩尔分数减少10%,电化学反应较强；电化学反应集中在电解质附近的区域,其中阴极与阳极电化学反应层分别为10um和20um; SOFC中电流密度和电压分布不均匀,受到气体通道、不同区域的温度、气体浓度分布等影响；在给定0.7V的操作电压下,SOFC中总的过电势损失约0.3V,其中阳极和阴极侧的活化过电压分别占70%和20%;操作温度提高50℃,离子和电子电流密度(Iion和Ie)分别提高37.5%和28.6%,电化学和内重整反应加强；多孔介质单位体积表面积提高10倍,电流密度增加53%,电化学反应层厚度减半,活化过电压损失减少40%;如果燃料成分中CH4摩尔分数减少90%, MSR减弱、WGSR增强,温度升高6-10℃；表面催化反应计算结果模型显示Nis(65%)、COS(26%)、Hs(7%)和Os(1%)是几种主要的表面成分;温度增加、多孔介质渗透率增大都会促进Nis增加,HsCOs等下降：不同的基元反应对整个内重整反应的温度、气体分布等会产生不同程度的影响。