2.4.1　不同出/入口主管道形貌的空气分配特征对比

由于空气静压强在出、入口主管道区域内沿着流动方向具有相反的分布趋势。图2.6(a)给出了一个典型的Z形出/入口主管道形貌二维平面示意图。图2.6(b)是其对应的通过3D数值模拟计算获得的入口主管道和出口主管道内中轴线上静压强p的分布。显然,在电堆顶部的单电池获得最大的压降Δpi。这个结果意味着在靠近出口处的电池单元将获得较大的空气流量分配,而仅有小部分的空气被送入最靠近主管道入口的电池单元,即第1层附近。图2.7给出了对应的Z形出/入口主管道形貌电池层间的'_L,i分布曲线。与图2.3(b)针对U形出/入口主管道形貌的计算结果相比,Z形空气流道内的电池层间空气流量分布质量大大降低(电堆空气均匀度指数Γ_L从0.857降低到0.306)。最大'_L,i发生在电堆第20层,入口主管附近的大多数SOFC电池单元只能获得少量的空气流量分配。这些结果都很好地支持了上述的分析和结论。

图2.6　(a)Z形出/入口主管道形貌二维平面示意图;(b)20层Z形2进3出电堆进口和出口主管内的压力p分配

图2.7　与Z形出/入口主管道形貌对应的电池层间'_L,i分布曲线

此外,取j=i+1为例,我们可以从方程(2.6)和(2.8)得出,由于相对较低的空气流量和速度,在U形主管内离入口主管较远的电池单元中压力变化(即-或者-)较小。这种现象意味着离入口主管较远的电池单元中动量变化和阻力较小。从图2.5(b)中的计算结果可以证明这一点,其中进/出口主管内的压降随着电池单元数i的增加而增大。