مدل سازی و شبیه سازی پیل سوختی اکسید جامد با نرم افزار کامسول و بهینه سازی پارامتر های عملیاتی ایمان محمد ابراهیمی خرداد 1396

بحران انرژي وگرم شدن زمين دانشمندان را بر آن داشته تا راهي براي جايگزين کردن سوخت هاي فسيلي و همچنین تحول تکنولوژيک در زمينه نوع مصرف سوخت در ماشين ها و نيروگاه ها انجام دهند. در راستاي اين فعالیت پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) به دليل انعطاف پذيري در نوع سوخت و راندمان بالای آن یکی از گزینه های اصلی برای برون رفت از این بحران جهانی است که نسل بشر را تحدید می کند.

در فصل اول مدل سازی انجام شده جهت مدل کردن پیل سوختی اکسید جامد بیان گردیده است. در فصل دوم به مشخصات کلی نرم افزار، پنجره ها و منوها و آموزش گام به گام شبیه سازی جریان سیال با این نرم افزار پرداخته می شود و به صورت جزئی تر روند تولید شبکه وارد کردن داده ها، قسمت حل نرم افزار، و روش های خروجی گرفتن از نتایج شرح داده خواهد شد. مقالات مستخرج از اين كد، يك مقاله علمي پژوهشي و چهار مقاله كنفرانسي بوده است.

توانمندیهای کُد در این پروژه یک صفحه پنج کاناله از یک پیل سوختی اکسید جامد با استفاده از سه فیزیک شبیه سازی شده است. 1. فیزیک جریان واکنشی در محیط متخلخل (Reacting Flow in Porous Media) برای محاسبه میدان سرعت و فشار سیال و همچنین غلظت اجزاء شیمیایی 2. فیزیک توزیع جریان ثانویه (Secondary current distribution) برای محاسبه پتانسیل الکتریکی و یونی 3. فیزیک انتقال حرارت در سیال (Heat Transfer in Fluids) برای محاسبه دمای پیل سوختی. * در این مسئله، علاوه بر تاثیرات انتقال حرارت هدایتی و جابجایی، انتقال حرارت تشعشعی بین دیواره کانال ها و سیال و همچنین تشعشع بین پیل و محیط بیرون در نظر گرفته شده است

توانمندیهای کُد هندسه این مدل پیل سوختی شامل 5 کانال جریان سیال در سمت آند و 5 کانال جریان سیال در سمت کاتد، دو لایه پخش در آند و کاتد، دو لایه واکنشی در آند و کاتد و یک لایه الکترولیت می باشد.

توانمندیهای کُد با استفاده از شبکه بندی سازمان یافته، تعداد المان های شبکه بندی مدل 780450 مش نشان داده شده است.

توانمندیهای کُد الگوریتم حل

توانمندیهای کُد منحنی پلاریزاسیون

توزیع دمای سه بعدی در SOFC توانمندیهای کُد توزیع دمای سه بعدی در SOFC

توزیع غلظت هیدروژن در آند توانمندیهای کُد توزیع غلظت هیدروژن در آند

توزیع غلظت اکسیژن در کاتد توانمندیهای کُد توزیع غلظت اکسیژن در کاتد

آب تولید شده در واکنش الکتروشیمیایی در آند توانمندیهای کُد آب تولید شده در واکنش الکتروشیمیایی در آند

منحنی توان خروجی پیل در ولتاژ متوسط توانمندیهای کُد منحنی توان خروجی پیل در ولتاژ متوسط

آنچه در این کد خواهید آموخت 1- انتخاب فیزیک جریان واکنشی در محیط متخلخل (Reacting Flow in Porous Media) برای محاسبه میدان سرعت و فشار سیال و همچنین غلظت اجزاء شیمیایی 2- انتخاب فیزیک توزیع جریان ثانویه (Secondary current distribution) برای محاسبه پتانسیل الکتریکی و یونی 3- انتخاب فیزیک انتقال حرارت در سیال(Heat Transfer in Fluids) برای محاسبه دمای پیل سوختی.

آنچه در این کد خواهید آموخت 4- نحوه وارد کردن پارامتر ها در قسمت Global Definitions 5- آموزش تشکیل هندسه در قسمت Geometry 6- تعیین مشخصات فیزیک ها و شرایط مرزی مربوط به آنها 7- نحوه تولید شبکه 8- نحوه حل پارامتری معادلات 9- پس پردازش (Post Processing)

نکات و الزامات 1- این برنامه با نسخه COMSOL Multiphysics 4.4 نوشته شده است. 2- با نسخه های جدید تر نیز سازگاری دارد و قابل اجرا می باشد. 3- آشنایی اولیه با علوم انتقال حرارت ، انتقال جرم، مکانیک سیالات، الکترو شیمی و همچنین تئوری و طرز کارکرد پیل سوختی اکسید جامد 4- آشنایی با نرم افزار COMSOL