modeling the pressure drop and thermal profile of a novel solid oxide fuel cell stack design with a homogenized approach.

Le celle a combustibile a ossidi solidi (SOFCs) rappresentano una tecnologia chiave in uno scenario di decarbonizzazione delle attività umane per i prossimi anni. Gli stack attualmente disponibili presentano elevati gradienti di temperatura e grandi perdite di carico attraverso lo stack, così come distribuzioni di corrente disuniformi, problemi di perdita di contatto e di deterioramento. Un innovativo design dello stack, detto"Chessboard", è stato ideato al DTU Energy. La determinazione dei campi di temperatura, pressione e velocità nello stack tramite simulazione risulta fondamentale per valutare la qualità di un certo design. Infatti non sempre è possibile misurare sperimentalmente grandezze fisiche locali all'interno dello stack. In questo lavoro un modello tridimensionale (3D) dello stack è stato costruito. L'approccio modellistico utilizzato si basa sulla tecnica di omogenizzazione. Un metodo efficiente a livello computazionale basato sull'utilizzo di una geometria semplificata, ma con proprietà termofisiche anisotropiche che rispecchino la vera geometria dello stack per reincrementare il livello di dettaglio. Fra tutte le fisiche che descrivono i fenomeni in una SOFC, solo il moto dei fluidi e la trasmissione del calore sono effettivamente risolte dal modello nell'attuale stadio di sviluppo, mentre i fenomeni elettrochimici sono definiti come parametri in ingresso. Una volta impostato il modello, è stato eseguito uno studio parametrico, con lo scopo di ottenere i profili di temperatura e pressione in funzione delle dimensioni dello stack, dell'eccesso d'aria, della pressione in ingresso dell'aria e della dimensione dei pori. Individuando quindi una finestra di esercizio sicura per i 4 parametri considerati. Dai risultati si evince che è possibile trovare diverse combinazioni di parametri che soddisfino l'obiettivo di progetto dato da limiti sui materiali costituenti lo stack, tutto questo con dei tempi di risoluzione nell'ordine dei minuti.