不同流道布置的平板式固体氧化物燃料电池蠕变损伤研究

来源：机械工程学报杂志2023年第10期北京时间：

作者：宋明, 马帅, 杜传胜, 蒋文春, 王炳英

单位：1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院 青岛 266580;2. 中国石油大学(华东)材料与科学工程学院 青岛 266580;3. 中国石油大学(华东)新能源学院 青岛 266580

摘要：固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)长期在高温下运行,蠕变不可避免,蠕变变形会导致损伤,产生裂纹,不同流道布置对平板式SOFC蠕变损伤会产生显著的影响。建立平板式SOFC多物理场模型,将COMSOL多物理场数值模型计算得到的不均匀温度场作为热载荷施加到ABAQUS模型中,再基于Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发了蠕变损伤子程序,研究平板式SOFC同流、逆流、交叉流道设计下的蠕变行为。结果表明,平板式SOFC在同流、逆流、交叉流道设计下分别运行19 800 h、24 000 h、78 500 h后达到蠕变损伤临界值,裂纹萌生均位于上连接体处;运行50 000 h后同流条件下出现两处裂纹,逆流条件下出现四处裂纹,交叉流道布置下未出现裂纹;采用交叉流道布置可最大化平板式SOFC工作寿命。结论可为实现长期、高效、稳定运行的平板式SOFC优化设计提供理论依据。

关键词：多物理场耦合,蠕变损伤,不均匀温度场,裂纹萌生；

基金资助：国家重点研发计划(2021YFB4001501)、国家自然科学基金(51805543)和山东省自然科学基金(ZR2019MEE108，ZR2017BEE037)资助项目。