MODELOWANIE 3D TERMICZNYCH NAPRĘŻEŃ W PŁASKIM STAŁOTLENKOWYM OGNIWIE PALIWOWYM O NOWATORSKIEJ KONSTRUKCJI
Tomasz Zinko
tomasz.zinko@zut.edu.plWest Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes (Polska)
Paulina Pianko-Oprych
West Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes (Polska)
Zdzisław Jaworski
West Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes (Polska)
Abstrakt
Przeprowadzone symulacje numeryczne miały na celu analizę termicznych naprężeń i ocenę stopnia wydłużenia płaskiego stałotlenkowego ogniwa paliwowego typu pSOFC (ang. planar Solid Oxide Fuel Cell). Rozkład temperatury w ogniwie wyznaczono w oparciu o wcześniej opracowany model termiczno-elektrochemiczny [11]. Nowatorskie rozwiązanie ogniwa typu pSOFC objęło ceramiczną konstrukcję, w skład której weszły porowate elektrody – anoda i katoda, elektrolit oraz dwie płytki bipolarne z 26-cioma żebrami. Przepływ paliwa i powietrza odbywał się krzyżowo i przeciwprądowo, po przekątnej ogniwa. Wyniki symulacji pozwoliły na określenie obszarów ogniwa narażonych na uszkodzenie w wyniku wysokich wartości naprężeń termicznych. Uzyskane rezultaty FEM umożliwią dalszą modyfikację konstrukcji płaskiego ogniwa w celu optymalizacji wydajności pSOFC.
Słowa kluczowe:
płaskie stałotlenkowe ogniwo paliwowe, naprężenie termiczne, naprężenie szczątkowe, Metoda Elementu Skończonego, Numeryczna Mechanika PłynówBibliografia
Bossel U.: Rapid startup SOFC modules, Energy Procedia, 28, 2012, 48–56.
Google Scholar
Brochure of Anderman Industrial Ceramics Ltd. Zirconia Yttria Stabilised, 2014.
Google Scholar
Brochure of ThyssenKrupp VDM, Crofer 22 APU, Material Data Sheet No. 4046, May 2010.
Google Scholar
Cui D., Cheng M.: Thermal stresses modeling of anode supported micro-tubular solid oxide fuel cell, Journal of Power Sources, 192, 2009, 400–407.
Google Scholar
Delette G. et al.: Thermo-elastic properties of SOFC/SOEC electrode materials determined from three-dimensional microstructural reconstructions, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 2013, 12379–12391.
Google Scholar
Laurencin J. et al.: A numerical tool to estimate SOFC mechanical degradation: Case of the planar cell configuration, Journal of the European Ceramic Society, 28, 2008, 1857–1869.
Google Scholar
Li J., Lin Z.: Effects of electrode composition on the electrochemical performance and mechanical property of mico-tubular solid oxide fuel cell, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 2012, 12925–12940.
Google Scholar
Lin Ch. K., Chen T. T., Chyou Y. P., Chiang L. K.: Thermal stress analysis of a planar SOFC stack, Journal of Power Sources, 164, 2007, 238–251.
Google Scholar
Nakajo A. et al.: Modeling of thermal stresses and probability of survival of tubular SOFC, Journal of Power Sources, 158, 2006, 287–294.
Google Scholar
Peksen M.: 3D transient multiphysics modelling of a complete high temperature fuel cell system using coupled CFD and FEM, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 2014, 5137–5147.
Google Scholar
Pianko-Oprych P., Zinko T., Jaworski Z.: Simulation of the steady-state behaviour of a new design of a single planar Solid Oxide, Polish Journal of Chemical Technology, 2016, 18, 1, [DOI: 10.1515/pjct-2016-0011].
Google Scholar
Singhal S. C., Kendall K.: High temperature solid oxide fuel cells: fundamentals, design and applications, Elsevier Science, 2003.
Google Scholar
Qu Z., Aravind P. V., et al.: Three-dimensional computational fluid dynamics modeling of anode-supported planar SOFC, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 2011, 10209–10220.
Google Scholar
Autorzy
Tomasz Zinkotomasz.zinko@zut.edu.pl
West Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes Polska
Autorzy
Paulina Pianko-OprychWest Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes Polska
Autorzy
Zdzisław JaworskiWest Pomeranian University of Technology, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Institute of Chemical Engineering and Environmental Protection Processes Polska
Statystyki
Abstract views: 154PDF downloads: 93
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
