[发明专利]一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法

权利要求书

1.一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一，建立SOFC三维单电池多物理场模型；

步骤二，全局定义SOFC的物理参数及边界条件；

步骤三，对SOFC的单电池多物理场模型进行物理场设定，并进行网格划分；

步骤四，对三维SOFC数值模型进行稳态求解，得到与时间无关的单电池极化曲线、温度场和应力场分布结果；

步骤五，将稳态求解得到的应力和应变结果作为预应力和预应变，对电池阳极的蠕变效应进行计算，并将考虑阳极蠕变效应的电池内部应力场与步骤四得到的应力场进行对比；

步骤六，分别绘制应力场分布云图、应变场分布云图、温度场分布云图、气体摩尔分数分布云图、电池极化曲线、功率曲线，以及它们随时间变化的曲线，先分类进行分析，然后综合汇总分析，得出多物理场影响下电池的最优化设计。

2.如权利要求1所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，步骤一中，建立SOFC关键构件的多物理场模型，其中，关键构件包括阳极流道、阳极电极、电解质、阴极电极、阴极流道和连接体材料，物理场包含质量、动量、热量、电化学反应以及固体力学。

3.如权利要求2所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，SOFC模型假设条件包括：

a、假设气体混合物由理想气体组成；

b、电化学反应发生在电极层的边界界面；

c、假设多孔电极是各向同性并宏观均匀；

d、假设连接体是极好的导体，忽略其欧姆热的产生；

e、认为气体混合物的热容与温度无关；

f、SOFC电压等于阳极和阴极之间的电压差；

g、忽略连接体通过辐射机制传递的热量；

h、忽略SOFC多孔介质部分发生的收缩和膨胀变形；

i、假设SOFC关键构件的部分物理参数不随温度的变化而变化。

4.如权利要求1所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，步骤二中，物理参数包括：阳极、阴极、电解质、连接体材料各自的密度、导热系数、导电率、热膨胀系数、泊松比和弹性模量；多孔材料的渗透率和孔隙率；气体参数包括燃料气体、空气的动力粘度、摩尔质量、比热容和导热率；蠕变参数包括蠕变率系数、蠕变应力指数、蠕变激活能；

边界条件包括：在流场出口处设置为压力出口边界，并且流体与壁之间为无滑移；对电池流体入口和出口其余的部分均采用热绝缘边界；求解电池内部热应力时对整个电池模型固体部分施加刚体抑制运动的边界。

5.如权利要求1所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，步骤三中，对SOFC涉及到的物理场进行域的选择及参数设定，并进行多物理场耦合设置，使物理场进行参数设定时是采用经过耦合得到的结果；整个模型的网格采用结构化网格，在阳极和阴极流道部分加入边界层网格且靠近电解质的部分使用加密网格。

6.如权利要求1所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，步骤四中，对不涉及电池阳极蠕变的多物理场模型进行稳态求解计算，得到与时间无关的电池极化曲线、温度场和应力场分布结果，并绘制相应分布云图。

7.如权利要求1所述的一种多物理场耦合作用下SOFC数值模拟方法，其特征在于，步骤五中，加入阳极蠕变效应后，以步骤四的稳态求解结果作为本步骤瞬态计算的初始值进行求解计算，得到SOFC长时间运行后考虑阳极蠕变条件下的应力场分布结果。