【摘 要】
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随着能源、环境等危机日益加剧,固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种清洁高效的能源技术得到迅速发展。平板式SOFC具有功率密度高、燃料利用率高、对环境清洁友好、生产成本低等优点,在固定电站、交通运输等众多领域应用前景广泛,逐渐成为SOFC发展的主流方向。近年来,尽管SOFC技术逐渐成熟,高温密封问题仍是确保SOFC长期稳定运行的关键环节。密封失效将导致电池内部的燃料气与空气混合,从而使电堆性能急剧
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随着能源、环境等危机日益加剧,固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种清洁高效的能源技术得到迅速发展。平板式SOFC具有功率密度高、燃料利用率高、对环境清洁友好、生产成本低等优点,在固定电站、交通运输等众多领域应用前景广泛,逐渐成为SOFC发展的主流方向。近年来,尽管SOFC技术逐渐成熟,高温密封问题仍是确保SOFC长期稳定运行的关键环节。密封失效将导致电池内部的燃料气与空气混合,从而使电堆性能急剧衰减,甚至发生爆炸等破坏行为。寻找合适的密封材料和密封测试技术对促进SOFC发展具有十分重要的意义。以往针对SOFC高温密封问题的研究主要是围绕密封材料的实验和力学性能展开的,但是对密封材料泄漏机理的数值模拟研究还不是很多。本文以Al2O3/玻璃为密封材料,借助数值模拟技术,结合实验的方法,研究了平板式SOFC压缩密封的泄漏机理,主要研究内容包括:（1）基于数值模拟技术在解决边界条件复杂的流动问题上较好的灵活性,探究了数值模拟技术在SOFC的密封问题中的具体应用。（2）阐述了在平板式SOFC工作过程中,Al2O3/玻璃复合密封材料发生气体泄漏的机理。从Al2O3/玻璃复合密封材料的内部结构特征和燃料气体的物理性质出发,分析了气体在Al2O3/玻璃复合密封材料内部渗透泄漏机理;从密封材料与连接体接触面的微观粗糙特性出发,分析了气体在Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体接触面上的界面泄漏机理,建立了相应的数学模型。（3）探究了Al2O3/玻璃复合密封材料内部的渗透泄漏问题。借助ANSYS＆Fluent软件,对气体在Al2O3/玻璃复合密封材料内部的渗透泄漏量进行了模拟预测,研究了Al2O3/玻璃复合密封材料的（Al2O3/玻璃）组分配比,平板式SOFC工作温度、通气压力以及气体介质对平板式SOFC密封性能的影响规律。（4）探究了Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体接触面上的界面泄漏问题。利用ABAQUS软件,探究压缩载荷对SOFC中Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体接触面间的界面间隙高度的影响规律。基于SOFC中Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体接触面的粗糙特性,构建了不同粗糙峰的界面间隙通道模型,对气体在SOFC密封中的界面泄漏过程进行数值计算。研究了Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体接触的粗糙表面上粗糙峰形状,压缩载荷,平板式SOFC的工作温度、通气压力以及气体介质对界面泄漏的影响规律。（5）从热应力的角度,利用ABAQUS软件对由Al2O3/玻璃复合密封材料与连接体构成的模型的升温过程进行仿真计算,分析了升温过程中Al2O3/玻璃复合密封材料的应力分布和应变分布。研究了Al2O3/玻璃复合密封材料几何形状、厚度及SOFC的工作温度对Al2O3/玻璃复合密封材料的应力和应变的影响规律。（6）搭建了Al2O3/玻璃密封材料在平板式SOFC中的密封测试平台,对其进行了泄漏量的测试。将实验结果与模拟结果进行了对比分析,证明了该模拟方法和计算模型的正确性及可靠性。
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