تحلیل عملکرد پیل سوختی اکسید جامد تک محفظه ای از نوع هم صفحه ای با مخلوط متان-اکسیژن-نیتروژن تخت شرایط پایا

در مطالعه حاضر عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد تک‏محفظه‏ای از نوع هم‏صفحه‏ای با مخلوط متان-اکسیژن-نیتروژن تحت شرایط پایا بصورت عددی بررسی می شود. هندسه پیل دو بعدی در نظر گرفته می‏شود و ناحیه محاسباتی از محفظه گازی، الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت تشکیل می‏شود. مخلوط اکسیژن-متان-نیتروژن به ترتیب با کسر جرمی اولیه 7./0، 14/0 و 77/0 به سمت پیل تغذیه می‏شود. تمامی خواص فیزیکی تابع دما درنظر گرفته می‏شود. معادلات غیرخطی کاملا کوپل شده حاکم شامل معادلات بقاء جرم، اندازه حرکت، گونه شیمیایی و بار الکترونی و یونی می‏باشد که در یک نرم‏افزار تجارتی فرمول‏بندی شده و با استفاده از روش المان محدود حل می‏شوند. جهت نشان دادن صحت مدل، نتایج حاصل از مدل با نتایج یک مدل عددی مشابه مقایسه می‏گردد. در پایان تحلیل عملکرد پیل شامل توزیع سرعت، دما و غلظت تمامی گونه های گازی مورد بحث قرار می‏گیرد. نتایج نشان می‏دهد که ماکزیمم دما در سمت الکترود آند اتفاق می‏افتد که دلیل آن واکنش اکسایش متان است که به شدت گرماده می‏باشد. این مقدار افزایش دما ایجاده شده در پیل مزیتی می‏باشد تا دمای کاری پیل پایین‏تر آید. بعلاوه، نشان داده می‏شود که بخش زیادی از هیدروژن به صورت مصرف نشده از محفظه خارج می‏شود که یکی از عوامل اصلی کاهش عملکرد در این نوع از پیل می‏باشد.