شبیه‌سازی عددی پیل سوختی اکسید جامد تغذیه‌شده با زیست‌گاز و بررسی تاثیر شرایط عملکردی

Abstract

استفاده از زیست‌گاز به‌جای هیدروژن در پیل سوختی می‌تواند به زنجیره تولید انرژی پاک کمک نماید. در تحقیق حاضر، تأثیر شرایط عملکردی بر عملکرد پیل سوختی اکسید جامد تغذیه شونده با بیوگاز بررسی می شود. به این منظور، به روش حجم محدود و به کمک نرم‌افزار فلوئنت به توسعه یک مدل عددی سه‌بعدی پرداخته‌شده است. همچنین از توابع تعریف‌شده توسط کاربر، برای تعریف واکنش‌های اصلاح بخار، و از روش بالادست مرتبه دوم و الگوریتم سیمپل برای گسسته سازی معادلات حاکم و کوپل سرعت-فشار استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش نسبت بخار به کربن، میزان توان ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش غلظت متان در بیوگاز، نرخ واکنش‌های اصلاحی افزایش‌یافته و عملکرد پیل سوختی بهبود می‌یابد. در ولتاژ میانی 5/0 ولت و دمای عملکردی 1073 کلوین، با افزایش درصد متان در بیوگاز از 45% به 65%، توان به میزان 15% افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش دمای عملکردی، به دلیل افزایش نرخ واکنش‌های اصلاحی و الکتروشیمیایی و بهبود هدایت یونی، عملکرد پیل سوختی بهبود می‌یابد. در ولتاژ میانی 5/0 ولت و به ازای بیوگاز با 65% متان، با افزایش دما از 1073 به 1273 کلوین، توان به میزان 132% افزایش می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد که میزان بهینه نسبت بخار به کربن با افزایش دما کاهش‌ و با افزایش غلظت متان در سوخت افزایش می‌یابد و در محدوده 3/0 تا 2/1 قرار می‌گیرد.