16127

16127

مدل سازي CFD و مطالعه پارامتري پيل سوختي اكسيد جامد

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

فروردين 1395

فروردين 1395

دكتر شاهرخ شاه حسيني

شيمي

چكيده در اين پايان¬نامه چندين مدل ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) سه بعدي مربوط به يك نمونه پيل سوختي اكسيد جامد صفحه¬اي ارائه شده است. اين مدل¬ها در بردارنده كليه پديده¬هاي مهم انتقال در پيل سوختي از قبيل انتقال جرم، ممنتوم، حرارت، سينتيك الكترود¬ها و ميدان پتانسيل مي¬باشند. مدل¬هاي ارائه شده در اين پايان¬نامه را مي¬توان به دو دسته كلي پيل واحد تك كانال و پيل واحد چند¬كانال به همراه اجزاي آن¬ها تقسيم كرد. در مدل تك كانال تأثير پارامترهاي مهم عملياتي و ساختاري از جمله دما، فشار، رطوبت نسبي، استوكيومتري، ضخامت الكتروليت، ضخامت لايه نفوذ آند و هندسه كانال¬هاي جريان بر عملكرد پيل سوختي مورد بررسي قرار گرفت. هم چنين براي مدل چند¬كانال الگوهاي مختلف جريان شامل جريان¬هاي همسو و ناهمسو با كانال¬هاي موازي، همسو و ناهمسو با كانال¬هاي مارپيچ و جريان متقاطع به تفصيل بررسي و با يكديگر مقايسه شد. نتايج به دست آمده از اين مدل¬ها توزيع گونه¬ها اعم از واكنشگرها و محصولات، توزيع دما، توزيع پتانسيل و توزيع چگالي جريان موضعي را به خوبي مشخص -كرد. همچنين نتايج نشان داد دما و فشار عملياتي، ضخامت الكتروليت و الكترود آند، الگوي جريان¬هاي سوخت و هوا در كانال¬ها، هندسه كانال¬هاي جريان و رطوبت نسبي بر روي عملكرد پيل تأثير قابل توجهي مي¬گذارند؛ به طوري¬كه با بهينه¬سازي اين پارامترها، مي¬توان عملكرد پيل سوختي اكسيد جامد را به ميزان قابل توجهي بهبود بخشيد. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي اكسيد جامد، مدل¬سازي CFD، مطالعه پارامتري، توزيع جريان

1395/09/23

Abstract : In the present study various three dimensional computational fluid dynamic (CFD) models of planar solid oxide fuel cells have been developed. All the transport equations as mentioned were discretized using the finite volume (FV) method. The developed model is then validated using the experimental data at the same conditions obtained from the literature. Two types of models were developed in this study. First one was relevant to a single channel solid oxide fuel cell for investigation of operating, structural an​d geometrical parameters such as temperature, pressure, relative humidity, porosity, electrolyte an​d anode electrode thickness on the fuel cell. Furthermore, the second models with 13 flow channels in anode an​d cathode sides was used for flow arrangement study. Results of parametric study showed that temperature an​d pressure, anode an​d electrolyte thickness an​d flow channel aspect ratio significantly influence on solid oxide fuel cell performance. Flow arrangement study showed that co-flow arrangement had the best performance. Keywords: solid oxide fuel cell, CFD modeling, flow arrangement, parametric