Thermodynamic analysis of solid oxide cells
Termodynamická analýza článků s pevnými oxidy
dizertační práce (OBHÁJENO)
Zobrazit/ otevřít
Trvalý odkaz
http://hdl.handle.net/20.500.11956/107797Identifikátory
SIS: 150095
Kolekce
- Kvalifikační práce [10691]
Autor
Vedoucí práce
Oponent práce
Grmela, Miroslav
Pekař, Miloslav
Fakulta / součást
Matematicko-fyzikální fakulta
Obor
Matematické a počítačové modelování
Katedra / ústav / klinika
Matematický ústav UK
Datum obhajoby
19. 6. 2019
Nakladatel
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaJazyk
Angličtina
Známka
Prospěl/a
Klíčová slova (česky)
články s pevnými oxidy, nerovnovážná termodynamika, numerická simulace, GENERIC, elektrochemieKlíčová slova (anglicky)
solid oxide cell, non-equilibrium thermodynamics, numerical simulations, GENERIC, electrochemistryTermodynamická analýza článků s pevnými oxidy Petr Vágner Práce se zabývá modelováním článků s pevnými oxidy v rámci nerovnovážné ter- modynamiky. Nejprve je zformulován obecný popis evoluce směsi nabitých látek ve formalismu GENERIC pomocí parciálních hustot, hustoty hybnosti, hustoty entropie, pole elektrické indukce, magnetického pole, polarizace a magnetizace. Tato obecná formulace zahrnuje známé modely, jako jsou Landauova-Lifshitzova relaxace magnetizace, Single Relaxation Time model pro dielektrika a zobecněný Poissonův-Nernstův-Planckův model. Odvození poslední zmíněného modelu je dáno do souvislosti s druhou částí práce, ve které je zformulován nový model pro rozhraní článku s pevnými oxidy v rámci nerovnovážné termodynamiky. Numer- ické řešení evolučního modelu je využito k parametrické studii cyklické voltam- metrie rozhraní. Poslední část práce demonstruje limity Exergetické Analýzy pro zařízení s neizotermální hranici. Elektrický výkon zjednodušeného modelu vodíkového článku s pevnými oxidy je maximalizován v několika optimalizačních scénářích a je ukázáno, že minimalizace produkce entropie nutně nevede k max- imalizaci elektrického výkonu. Práce se sestává z kompilace publikovaných i...
Thermodynamic analysis of solid oxide cells Petr Vágner The thesis deals with continuum thermodynamic modeling and analysis of phe- nomena in solid oxide electrochemical cells. A general description of the evo- lution of charged mixtures using partial mass densities, momentum density, entropy density, electric induction, magnetic field, polarization, and magnetiza- tion based on the GENERIC framework is formulated. The formulation is used to recover the Landau-Lifshitz magnetization relaxation model, the Single Re- laxation Time model for dielectrics, and the generalized Poisson-Nernst-Planck model. The latter model is consequently linked to the second part, where a novel double layer model of an yttria-stabilized zirconia interface is formulated within non-equilibrium thermodynamics. The model is solved for numerically in the time domain, and cyclic voltammetry of the system is analyzed. The last part of the thesis demonstrates the limits of Exergy Analysis on a simple solid oxide hydrogen fuel cell model with non-isothermal boundary. It is demon- strated that the minimization of entropy production does not necessarily lead to the maximization of the electric power for certain optimization scenarios. The thesis consists of a compilation of published and unpublished results of the author.