开发了一种孔隙尺度的格子波尔兹曼 (LB) 模型，用于模拟以甲烷蒸汽为运行介质的固体氧化物燃料电池 (SOFC) 多孔阳极中的多组分质量传输。在该模型中，通过四重结构生成集方法重建了阳极微结构的不同孔隙率、碳沉积和梯度，并从定性和定量两个方面深入研究了它们对甲烷蒸汽局部分布的影响。阳极微结构与质量传递之间的关系已经明确建立。结果表明，阳极微结构内的局部孔隙率对质量传输有显著影响。通过将阳极结构修改为梯度电极，可以有效增强传输效果，并减缓碳沉积。LB 模型和本研究的结果对于开发抗碳沉积的阳极结构至关重要。
总而言之，本研究开发了一个孔隙尺度的LB多组分传输模型，以探索由于阳极微电极微结构变化导致的质量传输和流动行为的变化，并通过QSGS方法进行了重建。使用随机重建技术重建了孔隙率、碳沉积量和梯度变化的SOFC阳极微结构。此外，使用基于LBM的多组分气体传输模型评估了阳极内质量传输和流动行为的变化。
主要结果如下：（1）使用LBM模拟具有不同孔隙率的阳极内部的质量传输过程，发现甲烷蒸汽的摩尔分布与电极的局部孔隙率之间存在很强的正相关性，较高的孔隙率增强了气体传输过程。（2）对具有不同碳沉积的阳极内甲烷蒸汽的模拟表明，碳沉积显着增加了阳极内局部孔隙的尺寸，可能完全阻碍具有高碳沉积的阳极中的气体传输。 (3)梯度阳极内部物质传输和流动行为分析表明，梯度阳极可以显著改善气体传输，为减少碳沉积提供了一种有效的结构解决方案。
本研究开发的LB多组分传输模型为研究SOFC阳极内部的气体传输过程提供了定性和定量的工具，随机重构方法可以实现电极结构的有针对性的定制，为开发抗碳沉积的阳极微结构提供了参考。
Xiaoxing Yang, Guogang Yang, Hao Wang, Zhuangzhuang Xu, Shengzheng Ji, Han Sun, He Miao, Jinliang Yuan,
Pore-scale investigation of methane steam transport in porous anodes of solid oxide fuel cells with varying structures,
Journal of Power Sources,
Volume 628,
2025,
235881,
ISSN 0378-7753,
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.235881.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775324018330
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