بررسی عددی بروز نشتی جریان در یک پیل سوختی اکسید جامد تمام متخلخل صفحه‌ای یکسو با سوخت هیدروژن

پیل سوختی اکسید جامد تمام متخلخل که در آن لایه الکترولیت متخلخل می‌باشد طرحی است که پیل سوختی اکسید جامد دو محفظه‌ای و تک محفظه‌ای را به هم پیوند می‌دهد و مزایای هر دو را با هم ترکیب می‌کند. پیل سوختی اکسید جامد تمام متخلخل به هیچ نوع درزگیر و آب‌بند نیازی ندارد و ایجاد ترک در الکترولیت آن عملکرد پیل را متوقف نمی‌کند. در مطالعه حاضر عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد ‏صفحه‏ای تمام متخلخل یکسو با سوخت هیدروژن تحت شرایط پایا با هندسه دو بعدی برای اولین بار بصورت عددی بررسی می‌شود. معادلات حاکم شامل گونه شیمیایی، جرم، اندازه حرکت،  بار و انرژی می‌باشد که بصورت کاملا کوپل شده با معادلات الکتروشیمیایی حل می‌شوند. از انجا که هیچ مرجعی از عملکرد پیل سوختی اکسید جامد تمام متخلخل با سوخت هیدروژن در دسترس نمی‌باشد، جهت صحه‌گذاری ابتدا مدلسازی عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد معمولی با سوخت هیدروژن صورت می‌گیرد و نتایج آن با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار می‌گیرد سپس تغییرات در مدل جهت اعمال تخلخل لایه الکترولیت لحاظ می‌گردد. نتایج کاهش 29 درصدی در ماکزیمم چگالی توان تولیدی توسط پیل سوختی اکسید جامد تمام متخلخل را در مقایسه با نوع متداول آن تحت شرایط ورودی یکسان نشان می‌دهد. دلیل اصلی این کاهش عملکرد نشت جریان اکسیژن عمدتا از سمت ابتدای کانال هوا به سمت کانال سوخت می‌باشد که این نشتی باعث می‌شود محل وقوع دمای ماکزیمم پیل تغییر کند.

Numerical Investigation of Leakage Flow Occurring in a Hydrogen-Fuelled Co Flow Planar All-Porous Solid Oxide Fuel

The All Porous Solid Oxide Fuel Cell (APSOFC) is a concept that links the dual and single chamber Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), combining advantages of both. The APSOFC does not need any sealant and crack generation in its electrolyte component does not terminate cell operation. In this study, the performance of a hydrogenfuelled co flow planar APSOFC is investigated numerically for the first time. Governing equations include species, mass, momentum, charge and energy solved fullycouple with electrochemical equations. Due to lack of study on hydrogenfuelled APSOFC, first the performance of a conventional hydrogenfuelled SOFC is modeled and the results are compared with experimental results for the validation purpose, then changes in the model are made to apply the electrolyte porosity. Results show a 29% decline in maximum power density produced by the APSOFC compared to its conventional scheme with the same inputs. The main reason for this reduction in the cell performance is mostly the flow leakage of oxygen from the near air channel inlet to the fuel channel side. This leakage leads to displace the maximum cell temperature point.