شبیه سازی کامپیوتری عملکرد یک سل sofc

آلایندگی و افزایش قیمت سوخت های فسیلی، امروزه پیل های سوختی را بیش از گذشته در کانون توجهات قرار داده است. پیل های 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 راه اندازی زمان بر هنوز جایگاه واقعی خود را پیدا نکرده اند. پر هزینه بودن آزمایشات روی پیل سوختی اکسید جامد و همچنین مشکلات آزمایشگاهی، تمرکز بر روی مدل سازی این پیل ها برای برطرف کردن نقایص و افزایش کارایی آن ها را ضروری ساخته است. در این پایان نامه با مدل سازی دو نوع پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای پشتیبان الکترولیت و پشتیبان آند به وسیله نرم افزار فلوینت، اثر تغییر شرایط عملکرد مثل دما و فشار کاری, همچنین تغییر دبی گازهای ورودی و چگونگی ترکیب آن ها در ورودی, تغییر ضخامت و مقاومت الکترولیت بر منحنی های مشخصه این پیل ها بررسی شده است. به علاوه برای پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای 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. نمونه ای از نتایج این پایان نامه که در فصل پایانی به تفصیل آمده است آن که, 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 می یابد 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 می یابد. مشابه این نتایج برای دیگر تغییرات به دست آمده است. از دیگر نتایج آن که، 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 موثر است (اگر خارج از محدوده نرمال نباشند). همچنین تغییر پهنای کانال ها در پیل پشتیبان آند مدل شده تاثیر زیادی بر رفتار پیل می گذارد و تعیین مناسب آن را پر اهمیت تر از آن چه پیش بینی می شد نشان می دهد. به هر حال، نتایج هر مدل سازی کاملا منطبق بر واقعیت نیست (به دلیل ساده سازی ها و درنظر نگرفتن برخی پدیده ها), و استفاده از آن ها همیشه ممکن نمی باشد (به علت برخی محدودیت ها مثل محدودیت های ساختی), اما مدل سازی ها علاوه بر کاهش هزینه های مطالعه روی پیل ها، به طور چشم گیری موجب درک بهتر پدیده های پیل های سوختی شده است.