16943

16943

مدلسازي پيل سوختي اكسيد جامد

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

بهمن 1395

دكتر نوروز محمد نوري - دكتر حبيب الله اكبري

مكانيك

چكيده در سال‌هاي اخير، تلاش‌هاي متعددي براي توسعه سيستم‌هاي توليد توان با بازدهي بالا و آلايندگي پايين اختصاص‌يافته است. در بين سيستم‌هاي نوين تبديل انرژي، پيل‌هاي سوختي به‌عنوان فناوري با جذابيت‌هاي بالا به دليل ايمني بالا، قابليت دوام بالا و فوايد محيط زيستي در نظر گرفته‌شده است. انواع مختلفي از پيل‌هاي سوختي وجود دارند كه در بين آن‌ها پيل سوختي اكسيد جامد به‌عنوان فناوري نوظهور براي نيروگاه‌هاي كوچك و بزرگ به شمار مي‌رود. به‌كارگيري الكتروليت جامد يا سراميكي نكته كليدي فناوري پيل سوختي اكسيد جامد است كه با فراهم آوردن دماي كاري بالا ويژگي‌هاي ممتازي را به اين نوع از پيل‌هاي سوختي ازجمله بازدهي بالا، آلايندگي پايين، انعطاف‌پذيري در استفاده از سوخت و قيمت نسبتاً پايين را بخشيده است. هرچند توسعه پيل‌هاي سوختي در سال‌هاي اخير بسيار سريع بوده است ولي اين فناوري در فاز اوليه توسعه قرار دارد و پتانسيل‌هاي پيشرفتي در آن بالا است. در اين تحقيق روش ديناميك سيالات محاسباتي (كامسول مولتي فيزيك) براي تحقيق تأثير پارامتر‌هاي مختلف بر روي عملكرد پيل سوختي اكسيد جامد به كار گرفته‌شده است. مدل‌سازي رياضي و شبيه‌سازي پيل سوختي اكسيد جامد با توجه به ساختار مسطح دكمه‌اي براي پيل، با در نظر گرفتن ترم‌هاي تلفات قطبشي، بقاي جرم و مومنتوم، پديده نفوذ در محيط متخلخل، پديده‌هاي الكتروشيميايي در ناحيه PEN و واكنش‌هاي شيميايي در داخل پيل صورت پذيرفته است. هم‌چنين با استفاده از طراحي آزمايش تحليل آماري نيز انجام‌شده است تا تأثير پارامتر‌هاي مختلف بر روي بازدهي پيل مشخص گرددو در آخر نيز با استفاده از الگوريتم ازدحام ذرات مقادير بهينه براي عملكرد بهينه پيل موردنظر در اين تحقيق آورده شده است. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي اكسيد جامد، اتلافات قطبشي، كامسول مولتي فيزيك، طراحي آزمايش، الگوريتم ازدحام ذرات

1395/12/23

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In recent years, a lot of efforts have been devoted to develop high-efficiency power generation systems with low emissions. Among the innovative energy conversion systems, fuel cells are considered as the most promising technologies since they meet safety, sustainability, an​d environmental benefits. There are several types of fuel cells among which the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is considered as an emerging technology for both small an​d large power plants. Employing a solid oxide o​r ceramic electrolyte is the key feature of SOFC technology which provides high-temperature operation an​d offers a number of potential benefits like: High efficiency, low emissions, long-term stability, fuel flexibility an​d relatively low cost. Development of fuel cells over the past few years has been very fast, but this technology is still in the early stages of progress; however, the potential of the technology is very high. A computational fluid dynamics approach (Comsol multiphysics) is adopted to investigate the effects of different parameters on the performance of the cell. In this research, mathematical modeling an​d simulation of planar solid oxide fuel cell according to a button cell structure, concerning the terms of losses polarization, conservation of mass an​d momentum, temperature distribution, diffusion phenomenon in porous media, electrochemical phenomena in PEN an​d chemical reactions inside the cell has done. Although by adopting experiments design, a parametric analysis performed to determine the effect of various parameters on cell efficiency. And ultimately by using Particle Swarm Optimization algorithm, optimized parameters for optimal cell performance are considered in the study. Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Overpotential losses, Comsol Multiphysics, Design Expert, Particle Swarm Optimization