固体氧化物燃料电池(SOFC)相比于其他类型的燃料电池具有操作温度高、燃料来源范围广、发电效率优良等优点,目前开始受到世界各国科研人员的青睐。固体氧化物燃料电池内部的温度分布与物质浓度分布与内部重整反应及电化学反应的反应速率相互影响。本课题通过搭建固体氧化物燃料电池实验平台并且在此基础上综合考虑电化学反应与水汽转换重整反应,旨在建立固体氧化物燃料电池的三维多物理场耦合数值模型。本文搭建了固体氧化物燃料电池的单电池实验系统,研究了以纯氢气为燃料气体的固体氧化物燃料电池性能。实验结果表明,本实验系统稳定可靠,在100小时的稳定性测试中电学性能衰减在10%以内,极化曲线优良。在此基础上本文建立了纯氢气作为燃料的SOFC三维稳态模型,将计算结果与实验结果进行对比,验证了模型的可靠性。在以氢气为燃料的SOFC数值模型的基础上建立碳基燃料的SOFC数值稳态模型,计算得到典型工况下固体氧化物燃料电池内部物质浓度、温度、燃料利用率与热应力的分布情况,这些参数很难通过实验手段获得。本文进一步研究了顺流流动与逆流流动对固体氧化物燃料电池稳态特性的影响,结果表明,流动方向并不显著影响固体氧化物燃料电池的电学性能,但是对温度与温度梯度的分布影响较大。同时研究了不同操作温度与不同运行压力对固体氧化物燃料电池的稳态特性的影响,结果表明操作温度与运行压力越大,固体氧化物燃料电池的电学性能越好。最后,在稳态模型基础上建立固体氧化物燃料电池瞬态模型,计算负载电压变化与阳极入口流速变化时SOFC内部各参数的动态响应过程与不同变载速度对固体氧化物燃料电池动态特性的影响进行研究。计算结果表明,电信号的动态响应速度要快于其他参数的动态响应速度,电流密度、温度等较多参数在动态响应的过程中会出现不同程度的“上冲”与“下冲”现象。变载速度会影响SOFC参数的动态响应时间与“上冲”“下冲”的幅度。