مدل سازی سه بعدی پیل سوختی اکسید جامد لوله ای

طی سال های اخیر، فن آوری پیل سوختی اکسید جامد به دلیل انعطاف پذیری در استفاده از سوخت های مختلف شامل سوخت اصلی یعنی هیدروژن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در ک نار کارهای آزمایشگاهی، مدل هیا محاسباتی و عددی مختلفی برای ارزیابی عملکرد پیل های سوختی اکسید جامد معرفی شده است. هدف صلی این مطالعه توسعه یک مدل محاسباتی سه بعدی است که می تواند به عنوان یک چارچوب برای تحلیل و بهینه سازی پیل های سوختی اکسید جامد درنظر گرفته شود از نرم افزار تجاری دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوینت 14 (ANSYS FLUENT 14.0) برای توسعه مدل استفاده شده است که تحلیل های 3 بعدی جریان سیال الکتروترموشیمیایی را در هم ادغام می کند. پس از اعتبار سنجی در برابر مشاهدات نمونه آزمایشگاهی انتخابی ثابت می شود که این مدل برای پیل های سوختی اکسید جامد با دمای متوسط و با سوخت مصرفی هیدروژن مناسب است. عملکرد مدل به وسیله ترسیم کانتورهای توزیع چگالی جریان، ولتاژ کاری، دمای کاری و کسر جرمی اجزاء واکنش در محیط نرم افزار فلوینت مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که چگالی جریان و ولتاژ کاری پیل در طول پیل سوختی از ورودی تا خروجی کاهش می یابند، در حالی که دمای کاری پیل از ورودی تا خروجی افزایش می یابد. کانتورها نشان می دهند که چگالی جریان پیل برای پارامترهای مشخص ورودی از 1000 تا 6000 آمپر بر متر مربع تغییر می کنند، در حالی که ولتاژ کاری پیل بین 0/69 تا 0/834 ولت می باشد. با استفاده از مطالعه پارامتری، تدثیر دمای سوخت ورودی به پیل و ضخامت الکترولیت بر عملکرد مدل پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که با کاهش دمای ورودی آند یا سوخت ورودی، ولتاژ کاری پیل در چگالی جریان ثابت افزایش می یابد. تغییر ضخامت الکترولیت از 40 تا 100 میکرون مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده می شود که ضخامت های پایین تر التکرولیت عملکرد بهتری را از حیث ولتاژ کاری در چگالی جریان های مختلف نشان می دهند. اصولا این مسیله را می توان ناشی از کاهش مقاومت اهمی الکترولیت و تسهیل جریان یون های اکسیژن از آن در اثر کاهش ضخامت الکترولیت دانست.