شبیه سازی عددی پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای به منظور تعیین توزیع چگالی جریان

در این مطالعه، یک پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای با عملکرد دائم، در حالت سه-بعدی شبیه سازی عددی شده است. معادلات انتقال جرم، انرژی و انتقال بار الکتریکی به روش حجم محدود تفکیک سازی شده و برای حل معادلات حاصل، برنامه ای به زبان فرترن نوشته شده است. در این مطالعه عبارات جابجایی و نفوذی به ترتیب به روش قانون توانی و روش تفاضل مرکزی تفکیک سازی شده اند. مخلوط گازی با %97 مولی هیدروژن و %3 مولی بخار آب به کانال آند و هوا به کانال کاتد پیل سوختی وارد می شود. به منظور مدل سازی واکنش های الکتروشیمیایی رابطه نیمه تجربی باتلر- فلمر در لایه های کاتالیست به کار رفته است. اثر این واکنش ها در عبارات منبع معادلات انرژی، انتقال گونه ها و انتقال بار الکتریکی لحاظ شده است. در این مطالعه، نمودار پلاریزاسیون برای شرایطی خاص (حالت مبنا) محاسبه شده است و با داده های تجربی ارائه شده از یک پیل سوختی اکسید جامد دکمه ای، به منظور اعتبار سنجی مدل سازی، مقایسه شده است. بعد از اعتبارسنجی، توزیع پارامترهای جریان، دما، گونه های شیمیایی، ولتاژهای الکتریکی و چگالی جریان الکتریکی، در یکی از ولتاژهای کاری پیل سوختی در حالت مبنا، محاسبه و بررسی شده است. سپس نمودارهای پلاریزاسیون در شرایط کاری مختلف به دست آمده اند و اثر هر یک از پارامترهای موثر بر عملکرد پیل سوختی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی است که افزایش فشار کاری اثری مشابه با افزایش دبی ورودی در نمودار پلاریزاسیون دارد و چگالی جریان حدی را بهبود می-دهد درحالی که اثر افزایش دما متفاوت بوده و چگالی جریان حدی را کاهش می دهد.