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

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作   者：

宋明;  马帅;  杜传胜;  蒋文春;  王炳英; 

作者机构：

中国石油大学(华东)材料与科学工程学院;  中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;  中国石油大学(华东)新能源学院; 

关键词：

多物理场耦合;  蠕变损伤;  裂纹萌生;  不均匀温度场; 

期刊名称：

机械工程学报

i s s n：

0577-6686

年卷期：

2023 年 59 卷 010 期

页   码：

76-84

摘   要：

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuiel 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.