本案例演示利用Fluent中的SOFC模型模拟固体氧化物燃料电池。
SOFC模型在Fluent中是作为一个附加模块提供的,其包括UDF库及预编译的Scheme库(包含图形和文本用户界面),需要在执行计算之前加载并激活。
注:本案例来自Fluent案例集。
”
本案例所考虑的管状SOFC如图所示。阳极入口通入温度973 K,质量流量2.48949e-7 kg/s的湿氢气;阴极入口通入温度973 K,质量流量1.3705e-5 kg/s的空气。阴极与阳极由两个同心圆柱体组成,圆柱体长度130 mm,阴极内径及外径分别为4 mm及6 mm,阳极内径及外径分别为6mm及7 mm。活性电解质材料厚度40 微米,位于阴极与阳极中间。
本案例中阳极与阴极集流体的外壁保持绝缘。燃料和氧化剂通过多孔阳极和阴极材料进入电解质区域。燃料在电解质区域和阳极的界面上发生电化学氧化。进入空气中的氧气在电解质区的界面处被电化学还原,整个反应的结果是在阳极侧形成水。利用SOFC模型计算燃料电池装置的电流、电压、组分和温度分布。
Mesh Was Created In
为mmDomain → Combine → Merge...
打开区域合并对话框flow-channel1-an
与fluid
inlet-an
与inlet-an:034
计算网格如图所示。
Laminar
进行层流计算,激活选项Viscous Heating
考虑粘性热/define/models/addon-module 4
激活SOFC模型Model Parameters
选项卡Current Under-Relaxation Factor
为0.3Total System Current
为8 AmpElectrolyte Thickness
为4e-5 mElectrolyte Resistivity
为0.1 ohm-mElectrochemistry
选项卡,指定以下参数Anode Exchange Current Density
为1e20Cathode Exchage Current Density
为512Electrolyte and Porous Zones
选项卡,如下所示设置参数Anode Electrolyte
为wall-electrolyte-anode-shadowCathode Electrolyte
为wall-electrolyte-cathodeZone Selection
为Anode ,设置参数Tortuosity Value
为3Electric Field
选项卡,如下图所示设置参数这里在contact surface and Resistance列表中选择的是边界面wall-cathode-cc
及wall-anode-cc:032
。
加载SOFC模型后,Fluent自动创建了一些材料介质:anode-collector-default、andoe-default、cathode-collector-default、cathode-default。
1、设置材料anode-default
2、设置材料cathode-default
[1073.15 570],[1273.15 565]
,如下图所示3、修改材料current-collector-default
4、修改材料cathode-collector-default
5、创建材料current-collector-material
6、设置mixture-temperature
anode
的多孔介质参数,如下图所示,其他参数保持默认设置cathode
的参数设置如下图所示,与anode设置相同anode-cc
的材料参数,如下图所示cathode-cc
的材料参数,如下图所示1、指定边界inlet-an
Species
选项卡,如下图所示指定组分2、指定边界条件inlet_ca
其他参数保持默认设置。
Controls
任务页,点击按钮Limits...
打开设置对话框,如下图所示文件链接见附件。
”
(完)