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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFC)是整体煤气化燃料电池发电技术(Integrated Gasification Fuel Cell Cycle,IGFC)的核心部分,其将燃料内部化学能直接转换为电能,工作温度在1023-1123 K,燃料灵活性高,且不需要昂贵催化剂,是一种高效清洁的能源转换装置。通过仿真手段研究SOFC内部传热传质机理,在提高电池总体性能和降低运行成本等方面具有重要指导意义。本文首先建立了平板式内重整SOFC的三维模型,研究了电池内部多物理场耦合过程,同时考虑了压力对于内部重整反应和氢气一氧化碳共电化学氧化反应的影响。首先研究了工作压力对于电池性能输出和内部物理场分布的作用机理,结果显示提高工作压力可以从增加开路电压和降低活化过电势两方面提高电池性能,同时使电化学反应发生区域向电解质层靠近;加压也能够影响到组分分布和内重整反应分布,对于部分预重整气工况表现为组分变化向入口处集中,同时会使内重整反应速率在入口处增大;此外,部分预重整气工况下,升高压力会形成过冷区域,增大电池温度梯度,合成气工况下压力对电池温度分布影响则不明显。另外研究了进气通量的影响,常压下减小燃料利用率可有效控制部分预重整气工况SOFC的温度梯度,但同时高压也会使电池性能恶化,合成气工况下燃料利用率对温度无太大影响;还可以通过增大阴极空气通量来减小SOFC的温度梯度。最后,本文进一步发展模型,研究了多流道单电池不同流场配置下物理场分布的情况。顺流逆流两种配置物理场差异主要来自于不同的温度分布,逆流下靠近空气出口处温度最高而燃料出口处温度较低,这使得甲烷水蒸气重整反应向燃料入口处集中,同时在此处也会发生逆向水煤气反应;内重整反应也导致了诸如甲烷、一氧化碳和氢气摩尔分数同顺流时的差异;同时逆流配置下在燃料出口处较低的温度和燃料量也会降低电化学反应速率并影响活化过电势的分布。