شبیه سازی سه بعدی تبادلات جرم و انرژی در یک پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای با جریان مخالف

پیل های سوختی اکسید جامد با الکترولیت های سرامیکی هادی یون اکسیژن، تکنولوژی ای پاک و با آلودگی پایین برای تولید برق با بازده بالا محسوب می شود. مزایای این پیل های سوختی شامل بازده بالا، قابلیت اطمینان زیاد، مدولار بودن، قابلیت کار با سوختهای مختلف و میزان پایین آلاینده هایتولیدی سبب جایگاه ویژه آنها در دنیا شده است. عملکرد کم صدا و بی لرزش پیل های سوختی اکسید جامد سبب شده این سیستمها مشکلات مربوط به نویزها ایجاد شده توسط دیگر سیستمهای متداول تولید توان را نداشته باشند . دمای عملکردی بالای این پیل ها سبب توانایی کارکرد آنها با انواع سوختهای هیدروکربن دار نظیر گاز طبیعی، اتانول، متانول، گازوئیل و بیو گاز بدون نیاز به رفورمر خارجی گران قیمت وهمچنین توانایی استفاده بصورت هیبریدی با دیگر سیستمهای تولید توان شده است.هدف از مطالعه حاضر توسعه یک مدل سه بعدی و دقیق برای پیش بینی پارامترهای مختلف عملکردی پیل شامل توان تولیدی، دانسیته جریان و توزیع دما و غلظت اجزا و غیره می باشد. تاکید اصلی در مدل حاضر قابلیت کاربرد آن جهت طراحی پیل های سوختی اکسید جامد برای بدست آوردن پارامترهای بهینه هندسی و عملکردی می باشد . نتایج توزیع دمای بدست آمده از این مدل می تواند جهت محاسبه تنش های حرارتی ایجاد شده در پیل و طراحی سازه ای پیل نیزمورد استفاده قرار گیرد. برای توسعه چنین مدلی پس از تهیه مدل هندسی سه بعدی و شبکه بندی آن معادلات مومنتوم،جرم و انرژی در نواحی مختلف پیل شامل محیطهای متخلخل الکترودها، کانال های گاز و محیط های جامد مانندجمع کنندههای جریان جداسازی شده و بر اساس منابع جرمی و حرارتی حاصل از مدل الکتریکی و الکتروشیمیایی پیل حل میشوند. مدل الکتروشیمیایی پیل شامل معادله نرنست برای محاسبه ولتاژ ایده آل پیل و همچنین افت ولتاژ اکتیواسیون وغلظت که روی سطح تماس آند-الکترولیت محاسبه می شودمیباشد. نهایتاً بر اساس این نتایج، مدل الکتریکی پیل با حل معادله پتانسیل الکتریکی توزیع ولتاژ و جریان را در کل پیل محاسبه میکند. جهت ارزیابی صحت مدل، نتایج بدست آمده از مطالعه حاضر با نتایج مطالعات قبلی مقایسه و دقت آن تایید شده است.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای ، انتقال جرم و انرژی ، پتانسیل الکتریکی ، افت اکتیواسیون ، اهمی و غلظت