Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Moheb,Mohsen DavazdahEmami,Ahmad Reza Pishevar
احمد محب (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Ebrahimian
علی ابراهیمیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Numerical Simulation of a Slid Oxide Fuel Cell
Solid oxide fuel cells (SOFCs) are considered promising energy conversion devices thanks to their several potential benefits, including low pollutant emissions, high-energy efficiency, the possibility of using different kinds of fuels and the possibility to build CHP and hybrid systems. However, SOFC technology is still in embryonic infancy and many problems (i.e. mechanical stress, electrode sintering, electrode and interconnect materials and fabrication, startup time) must be solved in order to achieve the goal of a highly efficient and clean energy system with at least the same reliability, costs and lifetime of the “traditional” energy systems. This challenge entails an increased research effort for industry and research institutions in order to develop advanced numerical models and computer codes, that can be used in both industrial and research environments for fuel cells design and development. This could yield a better understanding of the physical processes and help fuel cell designers to define more promising strategies. In the present thesis numerical model of three-dimensional SOFC is defined by considering all the occurred phenomena in each component of the fuel cell, using FLUENT software. After validating model, we concentrate to model two main cases, an anode-supported an electrolyte-supported SOFC, in this thesis. Then we studied the effect of variation of some operating condition parameters such as operating temperature pressure and some other parameters such as electrolyte thickness conductivity, anode cathode porosity, mass fraction of hydrogen (anode stoichiometric coefficient), rate of mass flow inlet in both anode’s and cathode’s channel, anode thickness, channel land area width and flow pattern on the polarization curve of these two main models.
آلایندگی و افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی، امروزه پیل‌های سوختی را بیش از گذشته در کانون توجهات قرار داده است. پیل‌های سوختی اکسید جامد که به احتمال زیاد در آینده نزدیک سهم بزرگی در تأمین انرژی مورد نیاز بشر را خواهند داشت، به دلیل مشکلات ساخت، قیمت بالا و راه‌اندازی زمان‌بر هنوز جایگاه واقعی خود را پیدا نکرده‌اند. پر هزینه بودن آزمایشات روی پیل سوختی اکسید جامد و همچنین مشکلات آزمایشگاهی، تمرکز بر روی مدل‌سازی این پیل‌ها برای برطرف کردن نقایص و افزایش کارایی آن‌ها را ضروری ساخته است. در این پایان‌نامه با مدل‌سازی دو نوع پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای پشتیبان الکترولیت و پشتیبان آند به وسیله نرم‌افزار فلوئنت، اثر تغییر شرایط عملکرد مثل دما و فشار کاری, همچنین تغییر دبی گازهای ورودی و چگونگی ترکیب آن‌ها در ورودی, تغییر ضخامت و مقاومت الکترولیت بر منحنی‌های مشخصه این پیل‌ها بررسی شده است. به علاوه برای پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای پشتیبان آند، تغییر در ابعاد هندسه مدل، نظیر تغییر ضخامت آند و یا تغییر پهنای کانال و همچنین میزان تخلخل آند و کاتد بررسی شده است. نمونه‌ای از نتایج این پایان‌نامه که در فصل پایانی به تفصیل آمده است آن‌که, نسبت به مدل با ضخامت الکترولیت 180 میکرون، با کاهش 44% ضخامت الکترولیت، ماکزیمم چگالی توان سل 26% افزایش و با افزایش آن به میزان 56% و 122%، ماکزیمم چگالی توان سل به ترتیب 4/14% و 39% کاهش می‌یابد و با کاهش مقاومت الکترولیت به میزان 60% ماکزیمم چگالی توان سل 36% افزایش و با افزایش 100% مقاومت آن ، ماکزیمم چگالی توان سل 33% کاهش می‌یابد. مشابه این نتایج برای دیگر تغییرات به دست آمده است. از دیگر نتایج آن‌که، تغییرات فشار چندان اثری بر پیل نداشته، در عوض تغییرات دما خصوصاً در دماهای زیر 1000 درجه کلوین به شدت تأثیر گذار است. همچنین الگوی جریان گازها و ضخامت آند و کاتد بیش از هر چیز، بر نحوه توزیع دما روی الکترولیت مؤثر است (اگر خارج از محدوده نرمال نباشند). همچنین تغییر پهنای کانال‌ها در پیل پشتیبان آند مدل شده تاثیر زیادی بر رفتار پیل می‌گذارد و تعیین مناسب آن را پر اهمیت‌تر از آن‌چه پیش‌بینی می‌شد نشان می‌دهد. به هر حال، نتایج هر مدل‌سازی کاملا منطبق بر واقعیت نیست (به دلیل ساده‌سازی‌ها و درنظر نگرفتن برخی پدیده‌ها), و استفاده از آن‌ها همیشه ممکن نمی‌باشد (به علت برخی محدودیت‌ها مثل محدودیت‌های ساختی), اما مدل‌سازی‌ها علاوه بر کاهش هزینه‌های مطالعه روی پیل‌ها، به طور چشم‌گیری موجب درک بهتر پدیده‌های پیل‌های سوختی شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی