固体氧化物燃料电池(SOFC,Solid Oxide Fuel Cell)是一种将燃料中化学能通过电化学反应直接转化为电能的清洁能源转换装置,该装置可以实现高效利用可再生能源,可用于电动汽车及分布式发电系统中,在解决化石能源短缺、环境污染等问题上有着良好的应用前景。应用实验方法研究SOFC需要耗费大量的时间成本和制造成本,且电池中的流场、电化学和温度分布复杂,难以测量其运行时内部的具体参数,同时其运行存在流动、组分传输、电荷输运、电化学反应和热传递等过程的多物理场强耦合,传统实验方法难以把握耦合规律对于其性能的影响,因此通过实验手段实现性能改进难度较高。用计算机对其进行模拟仿真成为一种有效手段,特别是应用软件可以加快获取数据参数,用以优化电池结构设计。本课题应用COMSOL软件对简易的平板式SOFC内的多物理场进行耦合仿真,主要包括燃料电池中流场、温度场、组分传递、电流密度等。对单电池的流场结构提出了一系列改进方案,探究结构设计对流场均匀性的影响,其结构设计主要包括单电池外歧管形状、大小以及燃料气体出入口位置的选择。其一,SOFC单电池采用矩形的出入口外歧管设计时,为实现更均匀的流速分布,应该保证入口歧管与流道宽度比a值不小于3.6,经本模型计算得到a值取在4.8时,单电池内流场分布最为均匀。其二,为实现单电池内流场均匀,应该让入口处于整个结构中部位置,采用中间进气和左侧进气相比,流动均匀指数提高了 0.53。其三,采用梯形外歧管设计后,较之前相同面积的矩形外歧管,流动均匀指数提升1.3%,流速标准差降低13.6%,说明新结构对于均匀流场的效果较好。此外本课题对燃料电池堆栈内温度的控制做出一种新的尝试,即在燃料电池堆栈中加入热隐身衣结构,用于控制指定区域内的热流通量。进而对所采用的双层等效热隐身衣模型进行了参数化,发现了隐身衣材料的几何结构、导热系数与屏蔽效果之间的依赖关系,模拟计算结果表明隐身衣内层面积越大、内层控制区域的导热系数越大,受控区域的热流量屏蔽效果越好。该控制方案和计算结果为采用热隐身衣控制电池堆栈内热流通量的技术提供了数据参数。