Zwiększona wydajność ogniw paliwowych ze zoptymalizowanymi przepływami
W ciągu minionych 50 lat, ogniwa paliwowe zyskiwały zainteresowanie jako alternatywna forma energii odnawialnej umożliwiająca zminimalizowanie zależności od paliw kopalnych, przy jednoczesnej ochronie środowiska. Badacze skupili się przede wszystkim na ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) ze względu na ich wysoką wydajność, niskie koszty, zdolność wielopaliwową i oczywiste korzyści środowiskowe. Ogniwa te, pozbawione ruchomych części, dzięki którym są bezwibracyjne, eliminują emisje hałasu. Jednak niejednolita i niewydajna dystrybucja substratu reakcji przepływów gazu, zwłaszcza w warunkach wysokiej utylizacji paliwa, często powoduje obniżoną efektywność i straty wydajności. Europejscy naukowcy, dzięki finansowaniu na rzecz realizacji projektu Hydrosofc, przystąpili do zastosowania prostych technik modelowania sieci przepływu, obliczeniowo tańszych od złożonych metod obliczeniowej dynamiki płynów (CFD), aby poznać najistotniejsze czynniki wpływające na dystrybucję przepływu i umożliwić ich wiarygodne prognozowanie. Tego typu metody mogłyby zapewnić dokładność tak pożądaną przez inżynierów znacznie szybciej i przy zwiększonych możliwościach optymalizacji. Naukowcy opracowali trzy różne modele do symulacji zakresu skutków oraz ich znaczenia w dystrybucji przepływu, włączając model semi-trójwymiarowy (3D) CFD, model analityczny 2D oraz model hydrauliczny 2D. Ustalili, że działanie zespołu w warunkach ładunku elektrycznego (wysokie zużycie paliwa) zwiększa nieprawidłowy rozkład wielokryteriowych konfiguracji przepływu U (w pewnym sensie zwrotu o 180°), w którym przepływ wchodzi i wychodzi z tego samego końca zespołu, w porównaniu do przepływu Z, charakteryzującego się przepływem wchodzącym na jednym końcu i wychodzącym z drugiego. Na podstawie modeli, określono nieprawidłową dystrybucję przez proporcję spadku ciśnienia w przewodach wejściowych i wyjściowych modelu w stosunku do spadku ciśnienia w polu przepływu ogniwa paliwowego. Pomiary eksperymentalne potwierdziły wyniki obliczeniowe i poparły wykonalność modelu hydraulicznego pod względem obliczania dystrybucji przepływu w zespole ogniw paliwowych z dokładnością wymaganą do inżynieryjnych szacunków projektowych. Zespół projektu Hydrosofc udostępnił uproszczony model obliczeniowy przepływu umożliwiający prognozowanie nieprawidłowej dystrybucji przepływu decydującej o wydajności SOFC oraz pozwalającej przezwyciężyć jedną z głównych dotychczas przeszkód stojących na drodze do powszechnego komercyjnego zastosowania SOFC.
