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固体氧化物燃料电池(SOFC)是具应用前景的电能产生装置之一。由于SOFC有着复杂的工作过程,相比于传统实验方法,模拟仿真的方法会更有优势。SOFC在运作时会有各种复杂的反应过程,包括流动、电化学、传热传质及导电等。电化学反应过程中反应物的生成及消耗会影响到SOFC内的热量的分布、流动以及整个电堆的性能。所以本论文以宁波材料所的新型平板式短堆的结构为原型,实施了电堆的3D模型建立,对电堆进行了优化及分析。并试着建立了3D电堆的全模型(主管道、阳极、阴极、电解质及连接体),包括传热和传质、流动以及化学反应等的综合性多场耦合的全模型。主要研究内容和结论如下:1、首先介绍了10层小型电堆流场优化背景以及关于电堆模型用到的一些理论和具体的优化步骤,第一部分的重点就是对氢气和空气流场均匀度和标准偏差因子的计算,利用计算流体动力学(CFD)对模块化电堆内不同主管道的位置及不同分流器下的气流分布情况进行了对比分析。2、针对10层电堆的流场分析,有以下结论:(1)主管是否穿透SOFC单元平面不会影响电堆层面的电池单元中的燃料和空气流分布质量。对于小型平板式SOFC电堆,在电堆层面的流量分布质量很高。然而,每个SOFC单元表面的流量分布质量应该加以改善;(2)当燃料主管置于SOFC单元区域内并穿过SOFC单元区域时,超过31%的空气将通过燃料主管区域的半圆区域;(3)当空气流主管放置在SOFC单元区域内时,超过14%的燃料将通过空气主管区域的半圆区域;(4)当流量主管穿过电池单元平面时,通过增加额外的分配器或扩大整个出口主管面积,单电池层面上的燃料和空气流分布质量并不会大大改善。3、针对25层带有多孔介质的模块化短堆进行了分流器的优化以及进出口排列的优化分析,对于空气侧模型,包括了空气气道、阴极支撑层、阴极以及电解质;对于燃料模型,包括了燃料气道、电解质、阳极支撑层、阳极,加入了流动、热量以及组分传输等的影响,通过优化的结果分析电堆里的流场分布以及温度和组分的分布情况,最终得出半圆分流器结构改善了原始结构流场及温度场分布的均匀性,而1进2出结构只优化了燃料侧流量分布的均匀性,其余的温度分布及空气侧的流量及温度分布都没有得到改善,所以得出采用半圆分流器结构更能增加电堆系统的使用寿命,降低维修及应用的成本,能很有效的帮助SOFC的商业化发展。