2010
年
第
29
卷
3
月
第
3
期
机械科学与技术
Mechanical
Sc
ience
and
Technology
for
Aerospace
Engineering
Maroh
Vo
1.
29
2O
10
No.3
固体氧化物燃料电池甲炕
接内重整的数值模拟
王求生，王
乘
MZE:
(华中科技大学土木工程与力学学院，武汉
43
∞
74)
王求生
摘
要:基于固体氧化物燃料电池(
solid
。对
de
fuel cell,
SOFC)
的工作原理，对其能量转换过程中的
热质传输和电化学反应现象建立数学模型。研究了碟氢化合物气体作为
SOFC
燃料气条件下重整
反应和水气交换反应对
SOFC
性能参数的影响。采用
FLUENT
与外部子程序结合的方法，对数学
模型进行求解。对比分析了不同工作电压条件下电池温度、极化、电流密度等电池性能参数。结果
表明:甲就重整反应生成的一氧化碳也大量参与电化学反应，在
SOFC
的工作电压为
0.682
V
一氧
化碳氧化产生的电流为总电流的
18.5%
;阴极极化是电池极化损失的主要部分
;SOFC
的工作电压
区间为
0.652
V
至
O.
702
V
时，总电流密度、功率密度、燃料利用率、发电效率和三合一电极
(posi
tivel electrolytel negative ,
PEN)
的温度梯度随着工作也压的增加而减小。
关键词:固体氧化物燃料电池;数学模型:重整反应;电池性能参数
中固分类号
:T
K5
12.3
文献标识码
:A
文章编号:
1003-8728
(2010)03-351
-07
Nlunerical Simulation of Solid Oxide Fuel Cell with Direct
In
ternal
Reforllung Reaction of Methane
Wang
Qiushe
吨，
Wang Cheng
(Sc
h
∞
1
of
Ci
vil
Engineering
and
Mechanics
,
HU8zhong
University
of
Sc
ience
and
Technology
,
Wuhan
43
∞
74)
Abstract:
On
the basis
of
由
e
working principle of
So
lid
Oxide
Fuel Cell ( SOFC)
，也
e
mathematical model
was
con-
structed
to
describe the mass-heat transfer and electrochemical reactions during the
proce
踊
of
the energy transition
in an
SOFC
system.
Th
e influence of the steam reforming and water-gas shift reactions on the performance parame-
ters of
SOFC
wi
由
hydrocarbon
fuel gas
was
researched.
Th
e mathematical model
w
倒四
lved
by
the
FLUENT
and
the subroutine method.
Th
e performance data of cell such as tempemture, overpotential and current density ,
w
臼
analy
目
d
and compared under the different working voltage conditions.
Th
e results
show
由刨出
e
1
町
'ge
mount of the
carbon monoxide
, which
was
produced during the steam
refOl
D1
ing reaction of methane,
was
consumed in the elec-
trochemical reaction
to
generate the current which accounted
for
18.5% of the total current when the
working
volt-
age
was
O.
682
V.
币
le
ca
出
ode
overpotential
w
嗣
the
biggest one of the all overpotentials of cell.
Th
e total current
density
, power density , fuel utilization factor , fuel efficiency and temperature gradient of PEN ( positiv
e/
electrolyt
e/
negative) decrease
wi
出
the
increase of the working voltage in the range of
O.
652
VωO.
702
V.
Key words: solid
。对
de
fuel cell; mathematical model; refonning reaction; cell perfo
lI!l
ance parameter
燃料电池是未来高效与清洁的绿色能源之一，
收稿日期
:2009
-04
-27
基金项目:国家自然科学基金项目
(3
倒卿
34)
资助
作者简介:王求生(1
980
- )
，博士研究生，研究方向为燃料电池功能
材料与复合材料的设计与仿真以及多物理场桐合仿真，
wang
吨
iushen
g..
hust@
yahoo.
com.
cn
已成为各国能源领域研发的热点
[1
嗣飞固体氧化物
燃料电池
(ωlid
oxide fuel cell,
SOFC)
凭借其全固态
结构、高能量转换效率和对燃料气广泛适应性等特
点，成为燃料电池中发展最快的能源装置[卜
12];
为
了进一步扩大其燃料气适应性，必须充分了解各种
燃料气的反应原理。
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