عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی ساختار آند پیل سوختی اکسید جامد
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3162;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72628
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محسن مزروعی سبدانی
- استاد راهنما
- کارن ابری نیا, مجید بنی اسدی
- چکیده
- طراحی یک ریزساختار بهینه برای آند پیل سوختی اکسید جامد( SOFC) یکی از بحث های چالش برانگیز در این زمینه مهندسی می‌باشد. هدف اصلی این پایان نامه، ارائه یک الگوی جدید برای رسیدن به یک ریزساختار بهینه با کمک شبیه سازی سه بعدی ساختار آند به روش بازسازی است. در مطالعات قبلی پیرامون بهینه سازی ساختار آند، صرفا نسبت حجمی مواد سازنده به عنوان روشی در راستای رسیدن به ماکزیمم مقدار مرزهای سه گانه مورد بررسی قرار گرفته است. اما کاملاً قابل درک می باشد که برای یک نسبت حجمی مشخص، بی نهایت چیدمان برای کنار هم قرارگرفتن مواد سازنده وجود دارد که برای هر ساختار میزان مرزهای سه گانه متفاوتی ایجاد خواهد شد. در مطالعه صورت گرفته، بهینه ترین مقادیر برای نسبت های حجمی جهت شبیه سازی در نظر گرفته شده‌اند و سپس چیدمان مختلف ذرات تشکیل دهنده جهت رسیدن به ساختاری با بیشترین مقدارمرزهای سه‌گانه مورد بررسی قرار گرفتنه اند. از این رو ساختارهای زیادی با روش مونتوکارلو شبیه سازی شدند. در تکنیک به کار گرفته شده جهت شبیه سازی، سه الگوریتم کوپل شده‌ی: انتقال، توزیع و رشد سلولی به کار برده شده‌اند که سبب تولید گستره‌ی وسیعی از میکروساختارهای سه بعدی با لحاظ فاکتورهای مرتبط به چرخش، در هم چفت شوندگی ، انتقال، توزیع و نرخ رشد جوانه زنی شده است. در گام بعد، انواع ریزساختار(ایزوتروپیک، غیر ایزوتروپیک و همچنین تعداد زیادی ریز ساختار براساس روش طراحی آزمایش تاگوچی) ایجاد گردیدند. سپس در جهت رسیدن به یک ساختار بر پایه حداکثر میزان مرزهای سه گانه، بر روی کلیه داده‌ها شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک اعمال گردیدند تا پارامترهای مورد نیاز جهت رسیدن به این ساختار بدست آیند. این امر سبب شد ساختار سه بعدی آند با بیشترین میزان TPB حاصل گردد. در گام سوم خواص مکانیکی و حرارتی این ساختارهای سه بعدی به روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته‌اند. کلمات کلیدی: پیل سوختی اکسید جامد, مرزهای سه‌گانه, شبیه سازی سه‌بعدی ساختار آند, ریز ساختار
- Abstract
- Solid oxide fuel cell (SOFC) anode microstructure presents special challenges for many SOFC developers. Hence, in this research, a new approach is developed to design a microstructure of heterogeneous materials through which an optimum microstructure for SOFC anode is obtained. In prior experimental investigations, the optimum volume fractions of Ni and yttria-stabilized Zirconia (YSZ) phases for anode microstructure have been found to acquire a microstructure with the highest value in triple phase boundary (TPB). It is obvious that for a specific volume fraction, there are many kinds of constructions with different TPB. This thesis is devoted to getting the best microstructure according to the largest triple phase boundary length (TPBL) by regarding the optimum volume fractions that were measured experimentally. In order to design an optimum 3D microstructure, in the first step, anode realizations are generated by applying a developed Monte Carlo methodology. In the Monte Carlo technique presented here, 3D computer realizations are generated by using a three couple algorithms (translation, distribution and growth of cells) which lead to the creation of a wide variety of microstructures in the developed algorithm based on different control factors related to rotation, shrinkage, translation, distribution and growth rates of the cells. In the next step, wide range of varied microstructures (isotropic, anisotropic and samples based on Taguchi method) is realized in order to design a microstructure with maximum active TPBL. Finally, artificial neural network and genetic algorithm are utilized to adjust control parameters of Monte Carlo to achieve the largest TPBL and its mechanical and thermal properties are evaluated. Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Tripple Phase Boundry, 3D Simulation of Anode Structure, Microstructure
