شبیه سازی CFD پیل سوختی اکسید جامد پایه آندی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 پژوهشگر، دانشکده نفت آبادان، دانشگاه صنعت نفت، آبادان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

یک مدل سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی از پیل سوختی اکسید جامد پایه آندی در این تحقیق ارائه شده است. این مدل در بردارنده پدیده‌های مهم انتقال در پیل سوختی از قبیل انتقال حرارت، انتقال جرم، سینتیک الکترود و میدان پتانسیل است. نتایج شبیه‌سازی مدل با داده‌های آزمایشگاهی موجود در منابع در شرایط مشابه مقایسه شد و تطابق خوبی را نیز نشان داد. در این مدل تأثیر پارامترهای مختلف از جمله دما، فشار، استوکیومتری و ضخامت الکترولیت بر روی عملکرد پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از این مدل توزیع گونه‌ها اعم از واکنشگرها و محصولات، توزیع دما، توزیع پتانسیل و توزیع چگالی جریان موضعی را به خوبی مشخص می‌کند. نتایج نشان داد دما، فشار و استوکیومتری آند تأثیر به سزایی بر عملکرد پیل می‌گذارند به نحوی که افزایش هر کدام از پارامترها به بهبود عملکرد پیل سوختی کمک می‌کند ازسوی دیگر افزایش ضخامت الکترولیت می تواند اثرات نامطلوبی را بر عملکرد پیل سوختی بگذارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Robert Takeo N (2013) Computational fluid dynamics modelling of solid oxide fuel cell stacks. Queen's University, Canada.

[2] Zhonggang Z (2013) Three-dimensional CFD modeling of transport phenomena in a cross-flow anode-supported planar SOFC. Energies 7(1): 80-98.

[3] Houcheng Z, Chen J, Zhang J (2013) Performance analysis and parametric study of a solid oxide fuel cell fueled by carbon monoxide. Int J Hydrogen Energ 38(36): 16354-16364.

[4] Cameron T, Virkar A (2003) A simple model for interconnect design of planar solid oxide fuel cells. J Power Sources 113(1): 44-56.

[5] Yakabe H (2000) Evaluation and modeling of performance of anode-supported solid oxide fuel cell. J Power Sources 86(1): 423-431.

[6] Yakabe H (2001) 3-D model calculation for planar SOFC. J Power Sources 102(1): 144-154.

[7] Syu-Fang L, Chu HS, Yuan P (2006) Effect of inlet flow maldistribution on the thermal and electrical performance of a molten carbonate fuel cell unit. J Power Sources 161(2): 1030-1040.

[8] Ping Y,  Liu SF (2007) Numerical analysis of temperature and current density distribution of a planar solid oxide fuel cell unit with nonuniform inlet flow. Numer Heat Tr A-Appl 51(10): 941-957.

[9] Pirkandi J, Amanloo F (2014) Thermo-economic analysis of the performance of a micro gas turbine power generation unit equipped with a atmospheric solid oxide fuel cell. Journal of Solid and Fluid Mechanics 4: 147-165.

[10] Martin A, Yuan J, Sundén B (2013) SOFC modeling considering hydrogen and carbon monoxide as electrochemical reactants. J Power Sources 232: 42-54.

[11] Min Y (2014) Numerical study on mass transfer performance of a spiral-like interconnector for planner solid oxide fuel cells. Enrgy Proced 61: 2347-2350.

[12] Martin A, Yuan J, Sundén B (2010) Review on modeling development for multiscale chemical reactions coupled transport phenomena in solid oxide fuel cells. Appl Energ 87(5): 1461-1476.

[13] Afshari E, Pirkandi J (2014) Comparison of PEM fuel cell performance with metal foam and parallel channel as flow-field gas distributor. Journal of Solid and Fluid Mechanics 4: 123-136.

[14] Valérie E (2012) Numerical analysis of an internal methane reforming solid oxide fuel cell with fuel recycling. Appl Energ 93: 107-115.

[15] Min Y (2012) Numerical study on carbon deposition of SOFC with unsteady state variation of porosity. Appl Energ 97: 754-762.

[16] Hafsia A (2015) Thermal field in SOFC fed by CH 4: Molar fractions effect.               J Assoc Arab Univ Basic Appl Sci 17: 82-89.

[17] Rezbani O, Assadi M, Andersson M (2013) Three dimensional CFD modeling and experimental validation of an electrolyte supported solid oxide fuel cell fed with methane-free biogas. Int J Hydrogen Energ 38(24): 10068-10080.

[18] Ting Ma (2015) Parameter study of transient carbon deposition effect on the performance of a planar solid oxide fuel cell. Appl Energ 152: 217-228.

[19] Vakouftsi E (2011) CFD modeling of a biogas fuelled SOFC. Solid State Ionics 192(1): 458-463.

[20] Aguiar P, Adjiman CS, Brandon NP (2004) Anode-supported intermediate temperature direct internal reforming solid oxide fuel cell. I: Model-based steady-state performance. J Power Sources 138: 120-136.

[21] Patcharavorachor Y, Arpornwichanop A, Chuachuebsuk A (2001) Electrochemical study of a planar solid oxide fuel cell: Role of support structures. J Power Sources 93: 130-140.