Optimization of the Gas Flow in the Model Channel of a Disk shape SOFC

盘状固体氧化物燃料电池模型通道内气体流动的优化

基本信息

  • 批准号:
    17560161
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2006
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A disk shape solid oxide fuel cell (SOFC) is a prospective planar-type fuel cell, because it provides higher power density and keeps lower ohmic loss than tubular-type SOFC. For the case of disk shape SOFC, fuel is supplied from the center hole of the disk and flows outward in the fuel channel. On the other hand, air is supplied to the upper air channel from the outer rim of the disk and reaches at the inner rim part. After that air returns its flow direction and flows outward in the lower air channel. In the present study, a radial flow between two parallel disk-shape plates, which simulates a flow in the disk shape SOFC, was experimentally investigated. In the planar-type SOFC, a reduction of thermal stress is one of the important issues. A temperature distribution in the planar-type SOFC is strongly affected by the gas flow behavior, and hence we tried to clarify flow pattern at various mass flow rate by using particle image velocimetry (PIV).It was found from this experiment that a uniform flow distribution in the fuel channel was attained in the case of the Reynolds number of about 7. For this operating condition, a flow field near the anode surface also shows uniform velocity distribution. This result was confirmed by the uniform distribution of pressure coefficient estimated from PIV measurements.On the other hand, in the upper air channel, non-uniform flow distribution was enlarged and large-scale vortex appears with increase of flow rate. In the lower air channel, local high velocity region exist at a high flow rate. For the present disk channel the optimum flow field in the air channel was obtained around the Reynolds number of 30. These results suggest the necessity of improvement of the channel shape and injection method of air.
盘状固体氧化物燃料电池(SOFC)比管式SOFC具有更高的功率密度和更低的欧姆损耗,是一种很有前途的平板型燃料电池。对于盘状SOFC的情况,燃料从盘的中心孔供应并在燃料通道中向外流动。另一方面,空气从盘的外缘供应到上部空气通道并到达内缘部分。之后,空气返回其流动方向,并在较低的空气通道中向外流动。在本研究中,对平行盘形平板间的径向流动进行了实验研究,模拟了盘状SOFC中的流动。在平面型SOFC中,降低热应力是一个重要的问题。平板型SOFC内的温度分布受气体流动行为的影响很大,因此我们尝试用粒子图像测速仪(PIV)来研究不同质量流量下的流动形态。实验发现,在雷诺数为7左右的情况下,燃料通道内的流动分布是均匀的。在这种工作条件下,阳极表面附近的流场也呈现均匀的速度分布。由PIV测量得到的压力系数的均匀分布证实了这一结果。另一方面,在高空流道中,随着流量的增加,不均匀的流量分布被放大,出现大尺度的涡流。在较低的风道内,存在高风速的局部高速区。对于目前的圆盘流道,空气流道内的最佳流场在雷诺数为30左右。这些结果表明,有必要改进通道形状和空气的注入方式。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Radial Flow Behavior in A Disk Shape Planar SOFC
盘状平面 SOFC 中的径向流动行为
The Research on A Shape of A Disk-Type Planar SOFC from The Aspect of Heat and Mass Transport Phenomena
从传热传质现象角度研究盘式平面SOFC的形状
平板ディスク型SOFC流路内における放射状流れの挙動
平盘型 SOFC 通道中的径向流动行为
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盘式SOFC通道内径向气体流动的流体动力学研究
Fluid Dynamic Study on Radial Gas Flow Behavior in A Disk Shape Planar SOFC Channel
圆盘状平面SOFC通道内径向气体流动行为的流体动力学研究
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国際PBL(プロジェクト型学習)
国际PBL(基于项目的学习)
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    INOUE Masahiro;TSUNODA Kazumi;NAGAHARA Yukitoshi;YAEGASHI Rihito;ISHIZAKI Hiroyuki;MARUYAMA Tomoko;伊藤芳春,池田薫,高田淑子;丸山智子,井上雅裕;齋藤江美,佐々木俊輔,跡部久美,棟方有宗,猿渡英之,髙田淑子,野崎義和;井上雅裕
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高等教育数字化转型
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    10.4307/jsee.70.3_3
  • 发表时间:
    2022
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  • 影响因子:
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附属中学校通級指導教室と大学教員との連携による特別な教育的ニーズのある生徒への課外授業プログラム実施の効果ー自分の興味を追求できる活動をとおして-
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    INOUE Masahiro;TSUNODA Kazumi;NAGAHARA Yukitoshi;YAEGASHI Rihito;ISHIZAKI Hiroyuki;MARUYAMA Tomoko;福留東土・長沢誠・川村真理・佐々木直子・蝶慎一
  • 通讯作者:
    福留東土・長沢誠・川村真理・佐々木直子・蝶慎一
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    2020
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    INOUE Masahiro;TSUNODA Kazumi;NAGAHARA Yukitoshi;YAEGASHI Rihito;ISHIZAKI Hiroyuki;MARUYAMA Tomoko;太田伸也,松原敏治;西仲則博・吉川厚・高橋聡
  • 通讯作者:
    西仲則博・吉川厚・高橋聡

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Study on heat and fluid flow control between two parallel disk plates for high performance disk shape SOFC
高性能盘状固体氧化物燃料电池两个平行盘板之间的热量和流体流动控制研究
  • 批准号:
    23560210
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 2.05万
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    2008
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