固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)作为一种绿色高效的发电装置,其发展对控制环境污染具有重要意义。SOFC在高温下的结构可靠性和运行寿命方面仍存在问题,因而阻碍了SOFC商业化的发展。SOFC内部复杂的运行工况:流场,温度场,电场,扩散场,应力场紧密耦合,通过传统的实验手段难以对电池内部物理场进行直接观测,而数值模拟方法成本低,效率高,且能同时较为准确地获得高温运行状态下密闭电池内部的物理场分布。本文围绕对称双阴极(DSC)SOFC内部运行过程以及电池结构的力学行为开展模拟仿真研究,分析影响电池运行性能的关键因素,优化电池集流设计和运行条件,为提高SOFC稳定性提供理论支撑。主要研究内容和结论有:(1)基于力-热-电-化多物理场耦合理论,集成固体力学模型、传热模型、电化学反应模型、气体流动模型和物质扩散模型,在COMSOL中建立新型DSCSOFC电堆单元耦合数值模型。通过与实验结果进行对比,检验模型的有效性。(2)利用所建立的DSC-SOFC数值模型,模拟计算了电池的放电性能,并给出一种可行的集流设计方案。结果表明:DSC-SOFC在相同的集流方式下,逆流的流动配置有更均匀的组分分布和电解质电流密度,共流的流动配置有更均匀的温度分布;在气体进出气口处集流可以有效改善电堆单元内部温度不均匀分布。(3)基于在气体进出气口处的集流方案,模拟计算8种不同集流方式下DSCSOFC放电性能和热应力。结果表明:相较于电堆单元的其它结构,阳极、电解质和阴极(PEN)处具有较大的热应力;双侧集流方式下电池有较高的输出功率,当阳极集流点设置在阳极气体出气口处时,电池有较均匀的温度分布,PEN结构处最大主应力较低;相较于PEN其它结构,阳极具有更大的最大主应力。(4)结合Weibull失效统计方法,计算了PEN结构上的失效概率,并由此给出最理想的集流方式。结果表明:当阳极集流位置在阳极气体进口处时,PEN结构有更大的失效概率;在各电极中,阳极结构上的失效概率最大,是各电极中最容易发生失效的部件;失效概率受流动配置影响,共流侧有较低的失效概率。