Anot destekli silindirik katı oksit yakıt hücresinin sayısal modellenmesi ve performansının analizi
Numerical modelling anode supported tubular solid oxide fuel cell and performance analysis
Yazar: MEHMET FATİH KAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR ; PROF. DR. HÜSEYİN YAPICI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji üretim yarışındaki ülkeler sürekli yeni teknolojiler geliştirerek mevcut ve kısıtlı olan kaynakların en verimli kullanımı, bunların sonucu olarak da sürdürülebilir enerjiyi sağlamak amacını taşımaktadırlar.Bu tez çalışmasında, temiz ve yüksek verimli enerji üretim sistemlerinden birisi olan anot destekli silindirik bir katı oksit yakıt hücresi için sayısal modelleme yapılarak performans analizi yapıldı. İlk olarak katı oksit yakıt hücreleri için çalışma şartları ve parametreleri ile ilgili olarak kapsamlı bir literatür çalışması yapıldı. Çalışmalar sonucu elde edilen parametreler irdelenerek, model geometrisine uygulanabilmesi için matematiksel modellemeleri yapıldı. Matematiksel modelleme çalışmasında korunum denklemleri ve elektrokimyasal modelleme ile ilgili denklemler detaylıca açıklandı. Yakıt hücresi temelini oluşturan bilgiler ve denklemler açıklandı, hücre performansı etkileyen polarizasyon kayıpları için oluşturulan eğri beş bölgeye ayrılarak bu bölgeler detaylıca incelendi ve denklemler modele uygulandı. Kullanılan giriş şartları literatür değerleri ile kıyaslanarak modelin doğrulanması ve gridlerden (ağ örgü yapısından) bağımsızlığı kanıtlandı. İlgili sınır şartlarında çözümler yapılarak hücre içerisindeki hız dağılımları, konsantrasyon dağılımları gibi akış davranışı ve türlerin dağılımlarını içeren parametreler ile hücre temel bileşenleri için elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan akım yoğunluğu ve potansiyel değişimi dağılımları incelendi. Yapılan çalışmada hücre performansını etkileyeceği öngörülen bazı parametreler değiştirilerek optimum hücre parametreleri belirlendi. Bu parametrelerin hücre performansına etkileri ile ilgili çözümler yapılarak bu etkilerin sebepleri ortaya koyuldu. Son olarak ortaya koyulan optimizasyon parametreleri ile çözümler yapılarak model parametrelerinin karşılaştırmaları yapıldı, elde edilen sonuçlarda performans analizi için gerçekleştirilen sayısal modelleme çalışmasında optimizasyonun önemi belirtildi.

Abstract:
Countries which are in the race of energy production always developing new technologies to use available energy more efficiently, as a result of them carry the purpose of providing sustainability of energy.In this thesis, clean and highly efficient energy production systems, which is one of a tubular anode-supported solid oxide fuel cell performance analysis with the numerical modeling was performed. Firstly, comprehensive study was performed in literature about the working conditions and parameters for solid oxide fuel cells. The parameters which are results of these studies mathematically modeled to apply the fuel cell model geometry. Mathematical modeling study, equations about conservation and electrochemically modeling explained in detail.Information and equations which are the form the basis of the fuel cell are explained and polarization curve that shows the cell performance generated and divided into five regions were examined in detail and applied to the model. Inlet conditions of model compared with literature data to validate model and grid (mesh) independency of model is proved. At the related boundary conditions, velocity distributions inside the cell and the concentration distribution of species parameters with current density and potential distributions which are the result of electrochemical reactions are investigated. In this study some predicted parameters, effecting the cell performance, changed and optimal cell parameters are investigated. Solutions are made for these parameters and reasons of cell performance effect are explained. Numerical modeling conducted for the performance analysis of the fuel cell, importance of cell parameter optimization is investigated.