Analysis of flow and heat transfer in fuel cells

sokhanvar, Eisa and yari, Mortaza (2015) Analysis of flow and heat transfer in fuel cells. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (تحلیل جریان و انتقال حرارت در پیل های سوختی)
Eisa sokhanvar.pdf

Download (576kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

In this thesis, several models of solid oxide fuel cells (SOFC) were developed in cell and system levels. These models were used in several case studies to simulate the performance of the cells and systems studied. In cell level, a thermodynamic model, a carbon deposition model, and a quasi 2-D transient heat transfer model were developed. The thermodynamic model is capable of determining the performance of a SOFC including polarization curve, power output, and electrical efficiency. This model takes into account the recirculation of depleted fuel and internal reforming processes. The original model was improved by addressing problems associated with carbon deposition. The occurrence of carbon deposition was investigated using C-H-O triangular phase diagrams and calculation of carbon activities. More detailed modeling of SOFC was accomplished by including the heat transfer mechanisms inside the fuel cell such as conduction, convection and radiation. In this heat transfer model, the transient behaviour of the cell was simulated during the heat-up and start-up stages. Several parametric studies, such as effect of Reynolds number and excess air coefficient on the performance of the cell, were conducted to better examine co- and counter-flow configurations of SOFC. In system level, integrated SOFC systems were modeled using energy and exergy analyses. The analyses were done using the models developed for SOFC in cell level and through development of thermodynamic models for other components of integrated systems . These integrated systems included a gas turbine and SOFC-based cogeneration system . Performance assessment parameters, e.g. electrical efficiency, fuel utilization efficiency, power-to-heat ratio, and exergetic efficiency, as well as the exergy destruction and losses were calculated in these systems.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تحلیل جریان و انتقال حرارت در پیل های سوختی
Persian Abstract: در این پایان نامه، چندین مدل از پیل های سوختی اکسید جامد در سطح پیل و سیستم توسعه یافته اند. این مدل ها برای شبیه سازی عملکرد پیل ها و سیستم های مورد مطالعه استفاده شده اند. در سطح پیل، یک مدل ترمودینامیکی، یک مدل رسوب کربن و یک مدل دو بعدی شبه انتقال حرارت گذرا ارائه شده است. مدل ترمودینامیکی قادر به تعیین عملکرد پیل سوختی اکسید جامد از جمله منحنی قطبش، توان خروجی و بازده الکتریکی می باشد.این مدل همچنین نسبت چرخش و فرایند های ریفرمینگ داخلی را بررسی می کند. وقوع رسوب کربن با استفاده از نمودار فاز مثلثی و محاسبه فعالیت های کربن مورد بررسی قرار می گیرد. مدلسازی دقیق انتقال حرارت پیل سوختی اکسید جامد انجام می گیرد. در این مدل، انتقال حرارت، رفتار گذرای پیل در حرارت بالا و مراحل راه اندازی شبیه سازی شده است. مطالعات پارامتری مانند اثر عدد رینولدز و ضریب هوای اضافی بر عملکرد پیل در پیکربندی های جریان موافق و مخالف انجام گرفته است. در سطح سیستم، سیستم های پیل سوختی توسط آنالیزهای انرژِی و اکسرژی بررسی شده اند. این مدل برای سطح پیل سوختی اکسید جامد جهت محاسبه دیگر اجزای سیستم مجتمع آنالیز شده اند. این سیستم مجتمع شامل پیل سوختی اکسید جامع، توربین گازی و سیستم تولید همزمان می باشد. عملکرد و پارامترها از جمله بازده الکتریکی، بازده مصرف سوخت، نسبت قدرت به حرارت و راندمان اکسرژی و همچنین اتلاف اکسرژی و اتلافات در سیستم تولید همزمان محاسبه شده اند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
yari, MortazaUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Date Deposited: 13 Dec 2018 16:05
Last Modified: 13 Dec 2018 16:05
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/2314

Actions (login required)

View Item View Item