An experimental analysis of the flow structure in various configurations of a circular-planar SOFC fuel channel

In the presented paper, the authors focus on the analysis of flow structure in various configurations of a circular-planar SOFC fuel channel. The research was carried out on the premise that a proper channel design would help minimize the thermal stress in the cell, which is affected by the heat generated and consumed by the reforming, water gas-shift and hydrogen consumption reactions. For the measurement process, PIV method was used to calculate the velocity fields, and an extensive error analysis was done to evaluate the accuracy of the calculated velocities.

W zaprezentowanym artykule, tematem realizowanych badań jest analiza eksperymentalna struktury przepływu gazu w trzech modelach kanałów transportowych ogniwa paliwowego typu SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Celem badań było zaproponowanie geometrii kanału, która pozwoliłaby utrzymać jednorodny rozkład pola prędkości na powierzchniach elektrod w rzeczywistych warunkach pracy ogniwa. Dobór odpowiedniej geometrii kanałów transportowych jest istotny z punktu widzenia wydajności oraz bezpieczeństwa pracy ogniwa, ponieważ bezpośrednio wpływa na wydajność reakcji elektrochemicznych zachodzących w ogniwie oraz na rozkład temperatury w jego wnętrzu, uwarunkowany silnie egzotermicznymi reakcjami elektrodowymi oraz w przypadku wykorzystania paliwa węglowodorowego dodatkową, endotermiczną reakcją reformingu i egzotermiczną reakcją tlenku węgla z parą wodną. Na potrzeby eksperymentu zaprojektowano oraz wykonano z pleksi trzy przykładowe geometrie kanałów przepływowych. Badania eksperymentalne przeprowadzono w temperaturze pokojowej. Gazem wykorzystanym w badaniach było powietrze. Bazując na teorii podobieństwa ustalono wartości liczby Reynoldsa na poziomie odpowiadającym wielkościomliteraturowym, dzięki czemu otrzymane wyniki można traktować jako wiarygodne i oddające charakter przepływu paliwa w rzeczywistym ogniwie paliwowym. Profile prędkości wyznaczono wykorzystując bezinwazyjną metodę Particle Image Velocimetry. Ponadto, na podstawie analizy błędów określono zestaw parametrów obliczeniowych, dla których wyznaczone pole wektorowe charakteryzowało się największą dokładnością.