مدل‌سازی و بهینه‌سازی یک تک پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای

Abstract

در این مقاله، یک تک پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای با اصلاح داخلی و جریان همسو مدل‌سازی و بهینه‌سازی شده است. این تک پیل سوختی، جزئی از توده یک سیستم پیل سوختی است که جهت تولید همزمان حرارت و کار مورد استفاده قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، بقای ممنتوم، بقای انرژی و روابط الکتروشیمایی است که توسط نرم افزار gPROMS حل و به کمک داده‌های موجود در مقالات اعتبار سنجی شده‌است. در این مدلسازی، اثر کمیت‌هایی مانند ضریب مصرف سوخت، میزان هوای اضافی، درصد پیش اصلاح سوخت ورودی و غیره روی ولتاژ و توان خروجی همچنین راندمان‌های انرژی و اگزرژی پیل بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که در میان پارامترهای مختلف، درصد پیش اصلاح سوخت، اثر موثرتری روی عملکرد پیل سوختی دارد و با افزایش آن، توان، ولتاژ خروجی و راندمان انرژی افزایش می‌یابد. نقطه کاری بهینه پیل سوختی با سه تابع هدف توان خروجی، حاصلضرب توان خروجی در راندمان ولتاژ و حاصلضرب توان خروجی در راندمان انرژی تعیین شده است. نتایج همچنین نشان میدهند که نقطه بهینه در چگالی جریانی کمتر از چگالی جریان حداکثر توان است و در این نقطه، توان خروجی و راندمان انرژی با شرط کمترین اتلاف انرژی به ترتیب w/cm211 /1 و 42% و با شرط کمترین اتلاف اگزرژی به ترتیب برابر ‌ w/cm2 46/1 و 24% می باشند.