Katı oksit yakıt pilleri için akış alanı tasarımı ve optimizasyonu
Küçük Resim Yok
Tarih
2022
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tez kapsamında katı oksit yakıt pilinin önemli bir sistem elemanı olan ve üzerlerinde akış kanalı bulunduran interkonnektörlere odaklanılmıştır. İnterkonnektörler, bu akış kanalları vasıtasıyla gazların homojen bir şekilde dağıtımını sağlarken, aynı zamanda membran elektrot grubunda üretilen akımın toplanmasını da sağlamaktadır. Bu akış kanallarının geometrisinin tasarımı; ısı, madde ve momentum aktarımlarını etkilediği için katı oksit yakıt pili performansı açısından oldukça önemli olmaktadır. Bu çalışmada yakınsak ve ıraksak akış kanalları tasarlanarak kanal geometrisinin sayısal optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarla doğrulanan model üzerinde yapılan optimizasyonlar neticesinde en yüksek performans, yakınsak tasarımlar arasında 0,211 W/cm2 maksimum güç yoğunluğu ile elde edilmiştir. Baz durum olarak değerlendirilen klasik akış kanal tasarımına sahip interkonnektörler için ise bu değer 0,153 W/cm2 olarak bulunmuştur. Hücre performansındaki ~%38 değerinde iyileşme, yeni akış alanı tasarımının sağladığı daha homojen madde ve akım yoğunluğu dağılımıyla açıklanmıştır.
In this thesis, the interconnectors, which are one of the significant solid oxide fuel cell system elements and have flow channels, are focused. While interconnectors ensure a homogeneous distribution of gases through these flow channels, they are also employed to collect the current produced in the membrane electrode group. The design of the geometry of these flow channels is very important in terms of solid oxide fuel cell performance, since it affects the heat, mass and momentum transfers. In this study, convergent and divergent flow channels are designed and numerical optimization of the channel geometry is performed. As a result of the optimizations carried out on the model, which is verified by experimental studies, the highest performance is obtained with a maximum power density of 0.211 W/cm2 among the convergent designs. For interconnectors with classical flow channel design, which is considered as the base case, this value is found to be 0.153 W/cm2. The improvement in cell performance of ~38% is explained by the more homogeneous distribution of reactants and the resultant current density provided by the new flow field design.
In this thesis, the interconnectors, which are one of the significant solid oxide fuel cell system elements and have flow channels, are focused. While interconnectors ensure a homogeneous distribution of gases through these flow channels, they are also employed to collect the current produced in the membrane electrode group. The design of the geometry of these flow channels is very important in terms of solid oxide fuel cell performance, since it affects the heat, mass and momentum transfers. In this study, convergent and divergent flow channels are designed and numerical optimization of the channel geometry is performed. As a result of the optimizations carried out on the model, which is verified by experimental studies, the highest performance is obtained with a maximum power density of 0.211 W/cm2 among the convergent designs. For interconnectors with classical flow channel design, which is considered as the base case, this value is found to be 0.153 W/cm2. The improvement in cell performance of ~38% is explained by the more homogeneous distribution of reactants and the resultant current density provided by the new flow field design.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
