Modelagem e simulação de uma célula a combustível alcalina a glicerol direto

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Castro, Ubiranilson João de
Orientador(a): Júnior, Ruy de Sousa lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
CFD
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20265
Resumo: A wide range of work has been carried out with the aim of improving the operation of fuel cells and making them applicable in different situations, in which mathematical modeling and computer simulation are great allies. In the present work, a comprehensive multidimensional model for simulating direct glycerol fuel cell (DGFC) was developed, a promising technology that still requires evolution in its study by computational technique. The model developed in the scope of computational fluid dynamics corresponds to a complete cell fed by glycerol, including parallel flow channels, diffuser layers, catalytic regions and anion exchange membrane. The implementation took place in commercial software, ANSYS / FLUENT, using the ability to customize equations via UDFs (User Defined Functions). Available experimental data of current density versus cell potential were used to adjust the parameters of the ideal model and realistic model of glycerol oxidation at the anode. With this, it is possible to implement anodic reaction kinetics in the global computational model as mass flow UDFs and, with the simulations, obtain details of internal processes such as speed field, fraction of the species involved and their distribution throughout the cell. It appears that there are significant variations in flow velocity and mass fractions of the species inside the device, which may result in a distribution of inhomogeneous current density.
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In the present work, a comprehensive multidimensional model for simulating direct glycerol fuel cell (DGFC) was developed, a promising technology that still requires evolution in its study by computational technique. The model developed in the scope of computational fluid dynamics corresponds to a complete cell fed by glycerol, including parallel flow channels, diffuser layers, catalytic regions and anion exchange membrane. The implementation took place in commercial software, ANSYS / FLUENT, using the ability to customize equations via UDFs (User Defined Functions). Available experimental data of current density versus cell potential were used to adjust the parameters of the ideal model and realistic model of glycerol oxidation at the anode. With this, it is possible to implement anodic reaction kinetics in the global computational model as mass flow UDFs and, with the simulations, obtain details of internal processes such as speed field, fraction of the species involved and their distribution throughout the cell. It appears that there are significant variations in flow velocity and mass fractions of the species inside the device, which may result in a distribution of inhomogeneous current density.Uma ampla quantidade de trabalhos vem sendo realizada com objetivo de aperfeiçoar a operação de células à combustível e torná-las aplicáveis em situações diversas, nos quais a modelagem matemática e simulação computacional são grandes aliadas. No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo multidimensional abrangente para simulação de célula a combustível de glicerol direto (DGFC), uma tecnologia promissora que ainda requer evolução em seu estudo por técnica computacional. O modelo desenvolvido no âmbito da dinâmica dos fluidos computacional corresponde a uma célula completa alimentada por glicerol, incluindo canais de escoamento paralelo, camadas difusoras, regiões catalíticas e membrana de troca aniônica. A implementação ocorreu em um software comercial, ANSYS/FLUENT, usando a capacidade de personalização de equações via UDFs (do inglês, User Defined Functions). Dados experimentais disponíveis de densidade de corrente versus potencial da célula foram utilizados para ajustar os parâmetros do modelo ideal e de modelo realístico da oxidação do glicerol no ânodo. Com isso, pode-se implementar a cinética reacional anódica no modelo computacional global como UDFs de fluxo mássico e, com as simulações, obter detalhes de processos internos como campo de velocidade, fração das espécies envolvidas e a sua distribuição por toda a célula. Verifica-se que há variações significativas de velocidade de escoamento e frações mássicas das espécies no interior do dispositivo, podendo resultar em distribuição de densidade de corrente nãohomogênea.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCFDGlicerolDGFCENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAModelagem e simulação de uma célula a combustível alcalina a glicerol diretoModeling and simulation of a direct glycerol alkaline fuel cellinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdf.txtTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdf.txtExtracted texttext/plain104700https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/54ded5a2-a9d5-47a2-b5af-6c0970642dfc/downloadaf815ef2f99bf994dce588eda4a1542aMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdf.jpgTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3598https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/47a53190-b6ae-45cb-bd62-814ae368a69c/download045aad866104416514c8eb55a9b8575eMD54falseAnonymousREADORIGINALTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdfTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTRO.pdfTESE_UBIRANILSON_JOAO_DE_CASTROapplication/pdf2436447https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/dcd0ee09-577c-49be-bd8d-9e860f02f451/download4f8a7bfb35775f1b8a99f9bf3e991830MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/eacdf5a0-33ce-4f3f-a38a-52055bc4fb68/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/202652025-02-06 02:50:09.091http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20265https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:50:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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