[發(fā)明專利]一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810089950.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN110098422A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉昌利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京特億達(dá)新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;G06F17/50
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 楊春女

1.一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

S1：將現(xiàn)有SOFC發(fā)電系統(tǒng)按照部件分隔為若干模塊，包括SOFC電堆、SOEC電堆和燃燒室、換熱器、重整器、鼓風(fēng)機(jī)和GT單元；

S2：分別建立并離散化SOFC電堆、SOEC電堆和換熱器的分布參數(shù)模型；分別建立燃燒室、重整器和GT單元的集總參數(shù)模型；

S3：按照現(xiàn)有SOFC發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)和工藝流程集成所述模塊的參數(shù)模型，最終獲得SOFC發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立SOFC電堆的分布參數(shù)模型的方法具體包括如下步驟：將電堆分為若干節(jié)點(diǎn)，在任意所述節(jié)點(diǎn)建立質(zhì)量守恒子模型、能量守恒子模型和電特性子模型；所述質(zhì)量守恒子模型用于計(jì)算燃料和空氣中各氣體的摩爾分?jǐn)?shù)和摩爾流量；所述能量守恒子模型用于建立電堆內(nèi)固體和流體部分的溫度模型；所述電特性子模型用于計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立SOEC電堆的分布參數(shù)模型的方法具體包括如下步驟：將電堆分為若干節(jié)點(diǎn)，在任意所述節(jié)點(diǎn)建立質(zhì)量守恒子模型、能量守恒子模型和電特性子模型；所述質(zhì)量守恒子模型用于計(jì)算燃料和空氣中各氣體的摩爾分?jǐn)?shù)和摩爾流量；所述能量守恒子模型用于建立電堆內(nèi)固體和流體部分的溫度模型；所述電特性子模型用于計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立燃燒室的集總參數(shù)模型具體包括如下步驟：搭建燃燒室壁子模型和燃燒室內(nèi)氣體子模型；所述燃燒室壁子模型用于計(jì)算燃燒室壁的溫度；所述燃燒室內(nèi)氣體子模型用于計(jì)算燃燒室內(nèi)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)、摩爾流量和溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立換熱器的分布參數(shù)模型具體包括如下步驟：將換熱器分為若干節(jié)點(diǎn)，計(jì)算任意節(jié)點(diǎn)的換熱器比溫度、空氣溫度、空氣管道溫度和高溫尾氣溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立重整器的集總參數(shù)模型具體包括如下步驟：建立熱動(dòng)態(tài)特性溫度子模型和氣體組分子模型，所述熱動(dòng)態(tài)特性溫度子模型根據(jù)能量守恒定律建立。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立鼓風(fēng)機(jī)的集總參數(shù)模型具體包括如下步驟：計(jì)算不同空氣流量下鼓風(fēng)機(jī)所需的功率：

其中，C_P,air為空氣等壓比熱容，P_air,bl和P_air,in分別為鼓風(fēng)機(jī)入口、出口空氣的壓力，η_bl為鼓風(fēng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率，為鼓風(fēng)機(jī)輸出的空氣流量，r為空氣的比熱比。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，其特征在于：建立GT單元的集總參數(shù)模型具體包括如下步驟：建立連接桿轉(zhuǎn)速與渦輪機(jī)功率、壓縮機(jī)功率以及發(fā)電機(jī)發(fā)出功率之間的關(guān)系，如公式所示：其中，N表示連接桿的轉(zhuǎn)速，單位是rpm，η_m為連接桿的機(jī)械效率；J是沿軸心線上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括發(fā)電機(jī)，壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。