基于微流挤压工艺的SOFC一体化成形过程模拟及参数优化

作     者：王晓天 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐安平;刘丽冰;朱东彬

授予年度：2013年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：固体氧化物燃料电池 微流挤出成形 三维建模 流变学 有限元 

摘      要：20世纪70年代以来，传统的矿物燃料能源出现危机，世界各国都在寻找其他的新型能源来替代石油、煤炭等燃料。同时，为了应对越来越严峻的环境问题，在世界范围内出现了发展高效、可再生、绿色能源产品的高潮。这就为固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)的出现创造了发展的环境与机会。 SOFC是一种全固态的能源转化装置，这种电池的阳极、阴极与电解质层的原材料均是非金属陶瓷粉末，工作温度为600℃000℃。在高温下，SOFC具有很高的能量转化率，并且是环境友好、燃料使用性强、拥有很长使用寿命的能源供给装置。目前在世界范围内，很多国家都在开展SOFC的研究。 本文首先对SOFC的国内外发展现状进行了介绍，并对SOFC的结构、原理、材料等方面进行了简要的分析。然后分析SOFC发展中的瓶颈问题，从单元构件的制备角度出发，选择微流挤出成形方法进行电池体的制备，探索了新型制备工艺在SOFC中的应用前景。 其次，对微流挤出工艺方法的理论与应用进行研究，分析其在陶瓷塑性成形中的应用。包括分析陶瓷浆料的流变学性能及其对挤出流动的影响;建立并分析浆料的粘性流体力学基本方程，包括连续性方程、运动方程与能量方程;建立成形浆料的粘度模型，对影响微流挤出精密度的因素进行分析，为之后对成形过程的分析与优化提供理论支撑。 最后，使用ProE与VisualC++建立参数化的三维挤出模型，以建模时划分的挤出模头功能段为对象，用有限元分析工具ANSYSFLOTRAN，分析挤出模头引流段、分流段、压缩段和平直段对挤出流动的影响，再根据有限元分析之后得到的结果，使用APDL参数化语言，对工艺参数与挤出机的几何结构进行优化，得到最终结果。