固体氧化物火焰燃料电池机理与性能研究

《固体氧化物火焰燃料电池机理与性能研究》是王雨晴的博士学位论文，入选“清华大学优秀博士学位论文丛书“系列。

固体氧化物火焰燃料电池将燃料电池与富燃火焰直接耦合，具有装置简单、启动快速等多方面优势，在天然气分布式热电联供等领域极具应用前景。本书首先介绍了火焰燃料电池的原理和发展概况，然后分别从燃料电池、富燃火焰、电池单元和系统分析层面深入介绍了火焰燃料电池的反应机理与性能规律。 本书可供高等学校能源和电化学相关专业领域研究人员阅读与参考。

王雨晴，2012年本科毕业于清华大学热能工程系，获工学学士学位，同年9月免试进入清华大学热能工程系攻读博士学位；于2017年获得动力工程及工程热物理专业博士学位，同年7月入职北京理工大学，任预聘助理教授（特别副研究员），同年11月获德国洪堡基金会资助赴德国卡尔斯鲁厄理工学院开展合作研究。主要研究方向为固体氧化物燃料电池及其分布式供能系统，目前以第一作者/通讯作者身份发表SCI收录论文10篇，EI论文12篇，获得国家发明专利一项。曾获研究生国家奖学金（2013/2016）、第十四届中日友好NSK机械工学优秀论文奖（2016）、清华大学优秀博士学位论文（2017）、清华大学优秀博士毕业生（2017）、德国洪堡奖学金（2017）等奖励。

第1章 引言
1.1 课题背景和意义
1.2 固体氧化物火焰燃料电池工作原理
1.3 研究现状综述和分析
1.3.1 发展历史和研究进展
1.3.2 电池抗热震性
1.3.3 燃烧器富燃特性
1.3.4 火焰与燃料电池的耦合匹配特性
1.3.5 基于FFC的冷热电联供系统分析
1.3.6 研究中存在的主要问题
1.4 本书研究思路和研究内容
第2章 火焰燃料电池热应力分析和电池选型
2.1 模型建立
2.1.1 模型几何结构
2.1.2 模型假设
2.1.3 控制方程
2.1.4 边界条件
2.1.5 求解方法
2.2 模型验证与结果分析
2.2.1 模型验证
2.2.2 在火焰操作条件下与传统操作条件下的SOFC热应力对比
2.2.3 支撑体结构对抗热震性的影响
2.2.4 电池构型对抗热震性的影响
2.3 实验介绍
2.3.1 Hencken型平焰燃烧器
2.3.2 电池结构与制备工艺
2.3.3 反应器和测试系统
2.4 实验结果与分析
2.4.1 Hencken型平焰燃烧器温度分布
2.4.2 平板式SOFC与微管式SOFC的启动特性
2.4.3 微管式FFC电化学性能
2.5 本章小结
第3章 催化增强多孔介质燃烧器甲烷富燃特性研究
3.1 实验介绍
3.1.1 反应器和测试系统
3.1.2 参数定义
3.1.3 误差分析
3.1.4 实验步骤
3.2 甲烷多孔介质富燃燃烧特性实验结果与分析
3.2.1 火焰稳定性
3.2.2 气体流速对燃烧组分与温度的影响规律
3.2.3 当量比对燃烧组分与温度的影响规律
3.2.4 催化剂对燃烧组分与温度的影响规律
3.3 本章小结
第4章 催化增强多孔介质燃烧器甲烷富燃燃烧模型分析与性能优化
4.1 模型建立
4.1.1 模型计算域与假设
4.1.2 控制方程
4.1.3 边界条件
4.1.4 反应机理
4.1.5 求解方法
4.2 模型验证与结果分析
4.2.1 温度分布
4.2.2 燃烧组分
4.2.3 催化增强机理分析
4.2.4 燃烧器设计参数优化
4.3 两段式多孔介质燃烧器优化
4.3.1 氧化铝球直径的影响
4.3.2 操作条件对甲烷富燃燃烧特性的影响规律
4.4 本章小结
第5章 火焰燃料电池单元实验测试与模拟分析
5.1 实验介绍
5.1.1 反应器和测试系统
5.1.2 实验内容与步骤
5.2 FFC电池单元性能研究
5.2.1 不同当量比下FFC电化学性能
5.2.2 FFC电池单元效率分析
5.3 FFC电堆设计与性能测试
5.3.1 FFC电堆实验系统介绍
5.3.2 FFC电堆性能研究
5.4 火焰燃料电池单元模型建立与验证
5.4.1 模型计算域与假设
5.4.2 控制方程
5.4.3 边界条件
5.4.4 模型参数
5.4.5 模型验证
5.5 火焰与SOFC阳极耦合机制分析
5.5.1 Ni催化剂的影响
5.5.2 电化学反应的影响
5.6 本章小结
第6章 基于FFC的冷热电联供系统分析
6.1 系统描述
6.1.1 系统构型
6.1.2 FFC模型
6.1.3 制冷器模型
6.1.4 其他部件模型
6.1.5 模型参数
6.1.6 系统性能评价参数
6.2 系统模拟结果与分析
6.2.1 参数敏感性分析
6.2.2 案例分析
6.2.3 不同系统构型比较
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全书总结
7.2 主要特色和创新点
7.3 工作展望
参考文献
在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢