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。
本案例演示利用Fluent中的SOFC模型模拟固体氧化物燃料电池。
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。
2.1 General设置
点击按钮Scale…打开模型缩放对话框
选择Mesh Was Created In为mm
点击按钮Scale缩放网格
点击按钮Close 关闭对话框
计算网格如图所示。
2.2 Models设置
2.3 设置SOFC模型
指定参数Current Under-Relaxation Factor为0.3
指定参数Total System Current为8 Amp
指定参数Electrolyte Thickness为4e-5 m
指定参数Electrolyte Resistivity为0.1 ohm-m
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。
2.4 定义材料介质
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
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
2.5 设置区域
2.6 指定边界条件
1、指定边界inlet-an
2、指定边界条件inlet_ca
其他参数保持默认设置。
2.8 设置残差
2.9 初始化计算
2.10 进行计算
迭代计算300步