与其他结构类型的固体氧化物燃料电池（SOFC）相比，竹节管式SOFC通过将单个小电池依次串联在支撑管上形成更高的输出电压，使其更适用于工业应用。然而，在高温运行条件下，SOFC的温度分布并不均匀。这种不均匀的温度分布会导致电池在热循环过程中出现分层和开裂，从而显著降低SOFC电堆的耐久性。因此，分析SOFC内部的温度分布对于设计有效的热管理策略，以实现更均匀的温度场，至关重要。

通过利用电化学、流体流动、传质和传热现象的物理控制方程，对竹节管式SOFC在稳态下的温度分布进行了模拟。通过改变空气流动方向，比较了顺流和逆流配置下的温度分布差异。在温度分析过程中，计算并分析了电池的局部发热和换热情况。基于对浓差极化对电池发热影响的研究，进一步探讨了竹节管式SOFC在不同燃料利用率下的温度变化情况。

研究表明，顺流配置的SOFC能够更有效地利用入口燃料侧的换热作用，使其在该配置下的电池最大温差比逆流配置下的电池最大温差低12%。由于电池的发电区域存在电化学反应的有效区和无效区，电池温度上升趋势表现出波动性增长。随着燃料利用率的提升，氢气浓度变化变得愈发剧烈，导致电池的发热分布愈加不均匀。两种流动配置下的电池最大温差逐渐接近，从50%利用率时的7.1 ℃下降到80%燃料利用率时的3.0 ℃。在温度均匀性方面，顺流配置下的温度均匀性随着燃料利用率的增加而提高，而逆流配置下的温度均匀性则随着燃料利用率的增加几乎没有变化。

该论文“Numerical study of temperature distribution in tubular segmented-in-series SOFC with co-flow and counter-flow arrangements”在International Journal of Hydrogen Energy在线发表，论文第一作者为刘鑫，通讯作者为张惠宇助理教授和李成新教授。

1. Liu C, Sun S D, Dai Y, et al. Numerical study of temperature distribution in tubular segmented-in-series SOFC with co-flow and counter-flow arrangements[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2024.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.06.145