热能动力工程

作者：安妮睿,洪沛然,肖圣营,姚宇博,吕小静,翁一武

单位：上海交通大学，中英国际低碳学院,,上海交通大学，中英国际低碳学院,,上海交通大学，中英国际低碳学院,,上海交通大学，中英国际低碳学院,,上海交通大学，中英国际低碳学院,,上海交通大学，机械与动力工程学院,

关键词：直氨型固体氧化物燃料电池;全电力推进系统;数值模拟;镍氮化;性能衰退

基金：国家自然科学基金项目（面上项目，重点项目，重大项目）面上项目：No.52176013；上海市政府间国际合作项目：No.23160710200

本文基于未来海上巡逻艇长续航及绿色高效的技术需求,创新性提出了一种安全、高效、紧凑型氨燃料SOFC全电力推进系统。采用COMSOL模拟SOFC内部的传热、传质、电化学等详细物理化学过程。同时针对变工况下SOFC的内部流场特性改变与镍氮化导致的SOFC性能衰退进行详细分析。结果表明：除去系统耗功部件,所设计的巡逻艇全电力推进系统输出功率为95.86kW,系统效率为42.11%,满足目标船型功率需求。当巡逻艇在变工况下运行时,随着燃空比(F/A)从 0.046 增至 0.125 时,系统功率从31.84kW升高至110.17kW,效率从13.99%升至48.39%。同时,燃料通道入口温度升高,氨气裂解吸热引起温差从46K减小至14K,温度分布更均匀,进而提升 SOFC 整体性能。当F/A从0.087降至0.046时,入口处镍氮化风险区域扩大,肋片两侧局部区域镍氮化势能较高。低氨气流速和低温易引发直氨型SOFC的镍氮化,导致SOFC效率将降低0.6%至5.87%。研究结果为绿色船舶可持续发展提供理论依据和技术支持。

来源：2025年第12期

《热能动力工程》期刊编辑部

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