Fluent电池案例2-固体氧化物燃料电池（SOFC）操作案例

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演示在ANSYS Fluent 21.2中使用固体氧化物燃料电池（SOFC）模型。本案例用的几何如下图。

管状固体氧化物燃料电池，阳极入口在973 K时供给2.5ˣ10-7kg/s的加湿氢气。阴极入口在973 K时供给1.37ˣ10-5kg/s的空气。进入空气中的氧气将在电解质区和阴极的界面上被电化学还原。作为整个反应的结果，在阳极侧形成了水。SOFC模型用于计算电流、电压、物质分布和温度分布。

1、读入网格

读取网格文件tubular_sample.msh.h5，显示网格。

2、物理模型

启动能量方程：Setup → Models → Energy。

粘度模型选择层流Laminar。

启动species model：

使用TUI命令加载SOFC模块：在TUI区域，输入define/models/addon-module。

设置SOFC模块如下：

3、材料

4、计算域

计算域一：Setup → Cell Zone Conditions → Fluid：

计算域二：fluid-cathode

计算域三：solid-anode-cc

5、边界条件

入口inlet-an：(a)将边界输入的类型从速度入口更改为质量流入口。(b)输入2.4910-7kg/s作为质量流量。(c)从方向规范方法下拉列表中选择法线到边界。(d)单击“热”选项卡，然后输入总温度为973 K。(e)点击“物种”选项卡，在“物种质量分数”组框中分别输入h2o和h2质量分数的0.52和0.48。(f)保留其他参数的默认值。(g)单击“应用”以关闭“质量流入口”面板。

入口inlet-ca：(a)将边界输入的类型从速度入口更改为质量流入口。(b)输入1.3710-5kg/s作为质量流率。(c)从方向规范方法下拉列表中选择法线到边界。(d)单击“热”选项卡，然后输入总温度为973 K。(e)点击“物种”选项卡，输入“物种质量分数”组中o2质量分数的值为0.23。

6、求解

收敛曲线如图：

、

7、计算结果处理

在h2和o2条件下的SOFC操作输出：

燃料和氧气利用率：

阳极和阴极中的最低温度值和最高温度值：

氢和氧摩尔分数的最小临界值：

在阳极和阴极上的温度分布：

电解质界面处的温度分布：

电解质处的能态电位分布：

电解质中的活化过电位分布：

电解液阴极侧的电压分布：

在阴极内和电解质表面上的氧的摩尔分数：

来源：CFD饭圈

ParticleWorks案例4-齿轮搅油

仿真模型仿真齿轮箱内的搅油行为。为了演示方便，一个齿轮放置在齿轮箱内部，以400rpm转速旋转，将齿轮箱内部的润滑油搅动。搅动过程中，润滑油液面发生大变形，液体撕裂破碎非常严重，软件能够快速准确仿真出这现象。 1、创建并导入几何模型创建项目名称gear。在Outline窗口，点击 Importpolygonfiles按钮，导入几何模型gear.stl和gear_box.stl。点击Adjust domain按钮，设置Margin为0，调整计算域大小。设置gear_box.stl的几何透明度为0.5，如下所示。创建液体填充。2、创建材料在Outline窗口，点击 Managephysicalproperties，创建Fluid、Fluid1材料和Polygon材料，其中Fluid的密度、粘度以及接触角修改如下。将Fluid材料给到fill几何，Polygon材料给到gear.stl和gear_box.stl几何。3、运动设置设置gear.stl的旋转运动，转速为400rpm。4、仿真设置在工具栏，点击Settings按钮，单位选择mm，粒径设置为2。采用4核CPU，1个GPU，双精度计算，几点Execute开始计算。5、结果分析提取流动过程的仿真结果动画如下。来源：CFD饭圈