بررسی عددی سه‌بعدی تاثیر کانال‌های همگرا واگرا روی عملکرد پیل سوختی اکسید جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد لاهیجان، ایران، لاهیجان

2 مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران، لاهیجان، ایران

3 مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد لاهیجان، ایران، لاهیجان

چکیده

نقش مهم صفحات دو‌قطبی در پیل سوختی اکسید جامد، توزیع یکنواخت واکنش دهنده‌ها به مکان‌های انجام واکنش، جمع آوری جریان و جداسازی هر سلول از سلول دیگر است. بنابراین عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد به‌شدت وابسته به کانال‌های عبور جریان هوا و سوخت می‌باشد. در راستای بررسی چگونگی تاثیر هندسه کانال‌های جریان هوا و سوخت روی عملکرد، چگالی جریان و توان، نتایج شبیه‌سازی برای ارزیابی عملکرد دو نوع پیل سوختی با کانال‌های مستقیم و کانال‌های همگرا واگرا بحث شده‌اند. در این تحقیق یک مدل سه‌بعدی از پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای حمایت شده توسط آند با سوخت هیدروکربنی ارائه شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که اختلاف فشار بین کانال‌های همگرا واگرا سبب تولید جریان عرضی در کانال‌ها و دندانه‌ها برای توزیع بهتر واکنش‌دهنده‌ها در پیل سوختی با کانال‌های همگرا واگرا می‌گردد. این سرعت عرضی سبب افزایش 6 درصدی مصرف سوخت در پیل با کانال‌های همگرا واگرا نسبت به پیل با کانال‌های مستقیم معمولی در ولتاژ عملکردی 7/0 ولت می‌شود اما به‌دلیل کاهش مساحت کانال‌های این پیل نسبت به پیل معمولی، چگالی جریان در این پیل 10 درصد کمتر از پیل با کانال‌های مستقیم است. در ولتاژهای عملکردی پایین‌تر از 55/0 ولت، پیل سوختی با کانال‌های مستقیم به علت چگالی جریان، توان و مصرف سوخت بالاتر عملکرد بهتری نسبت به پیل سوختی با کانال‌های همگرا واگرا دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Three-Dimensional Numerical study of the effect of converging and diverging channels on SOFC performance

نویسندگان [English]

  • Mehdi Borji 1
  • Hanieh Hesami 2
  • Javad Rezapour 3
1 Mechanical Engineering/Lahijan Azad University/Iran/Lahijan
2 Mechanical engineering. Azad University. Lahijan. Iran
3 Mechanical Engineering/ Lahijan Azad University/Iran/ Lahijan
چکیده [English]

Main important roles of bipolar plates in SOFCs are the uniform distribution of reactants to the reaction sites, the collection of current and the separation of each cell from another. Therefore, the performance of a SOFC is highly dependent on air and fuel flow channel design. In order to investigate how the geometry of air and fuel flow channels affects performance, current and power density, simulation results are discussed to evaluate the performance of two types of fuel cells with direct ducts, and converging and diverging ducts. In this research, a three-dimensional model of an anode-supported SOFC with a hydrocarbon fuel is presented. The results show that the pressure difference between the converging and diverging channels produces a transverse flow in the channels and ribs which is favor of better distribution of the reactants in the fuel cell with the converging and diverging channels. This transverse velocity causes a 6% increase in fuel consumption in the cell with converging and diverging channels than the cell with direct channels at voltage of 0.7V, but due to the reduction of the reaction area of this cell compared to the usual cell, the current density is 10% lower. At voltages below 0.55V, fuel cells with direct-channel perform better than the cells with converging and diverging channels due to higher current and power density and fuel consumption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solid oxide fuel cell
  • converging and diverging channels
  • bipolar plates design
  • transverse flow