A mathematical model based analysis for designing demo scale fuel processor
Demo ölçekli yakıt işlemcı dizaynı için matematiksel model merkezli analiz
- Tez No: 474314
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU, DOÇ. DR. HASAN BEDİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Bu çalışmanın amacı, 1 kW'lık bir PEMFC beslemek için metandan yeterli miktarda PEM-dereceli H2 üreten, 100 ppm'nin altında CO konsantrasyonuna sahip olan bir demo yakıt işlemcisinin optimum çalışma parametrelerini elde etmek için taban model olarak kullanılacak demo-ölçekli yakıt işlemcisinin FLUENT temelli bir matematiksel modeli oluşturmaktır. Birinci bölümde, aynı reaksiyon koşulları için deneysel olarak elde edilen performans testi sonuçları ile mevcut çalışmadan elde edilen matematiksel model sonuçları arasındaki farkın asgariye indirilmesi için, FP reaksiyonları (OSR-WGS-PROX) için kinetik araştırmalardan elde edilen güç yasası tipi kinetik ifadeler düzeltildi. İkinci bölümde, yakıt işlemci prototipi (FPP) modellendi ve performansı, düzeltilmiş kinetik modeller kullanılarak simüle edildi. OSR reaktörünün FPP simülasyonları ilk bölümde kullanılan giriş kompozisyonu, sıcaklık ve W/F kullanılarak gerçekleştirildi. İlk olarak, ¼ inç dış çaplı FP reaktörler seri olarak modellendi. Ardından, aynı simülasyonlar, her reaktörün katalizatör yatağı yüksekliği, 1/4 inç reaktörlerinkiyle aynı tutulacak şekilde, Demo-FP'de kullanılacak olan reaktörlerin dış çapı olması planlanan 1 inç dış çaplı reaktörler için gerçekleştirildi. Bu simülasyonlarda, katalizör miktarı ve OSR girişinin akış hızı, OSR reaktörünün W/F oranının ¼ inçlik reaktördeki ile aynı kalacak şekilde arttırılmıştır. Son olarak, PROX reaktör çıkışında H2 üretimi ve CO seviyesi açısından en iyi performansı veren reaksiyon koşulları (400 oC OSR reaktör sıcaklığına sahip olan simülasyonlar) seçildi. Bu dört seçilmiş set için, reaktördeki katalizör miktarı; 0.00272 mol/sn H2 akışını ve 100 ppm CO konsantrasyonunu karşılayacak şekilde W/F oranını sabit tutarak arttırıldı. Son bölümde, OSR reaktörünün çalışması, güç yasası tipi OSR kinetik ifadesine çeşitli düzeylerde etkinlik faktörleri ekleyerek granül boyutlu teknik katalizör için de simüle edildi. Çalışılan parçacık çapları ve etkinlik faktörleri için gereken katalizör miktarları ve basınç düşüş değerleri hesaplandı. Parçacık büyüklüğündeki değişimden ötürü meydana gelen yatak yoğunluğundaki değişimin neredeyse önemsiz olduğu gözlenmiş ve dolayısıyla hemen hemen aynı yatak uzunlukları bulunmuştur. Öte yandan, parçacık çapı arttıkça, basınç düşmesi keskin bir şekilde azalmıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to construct a FLUENT-based mathematical model of a Demo-scale fuel processor, which will be used as the base model to obtain the optimum operating parameters of a Demo-FP that produces sufficient amount of PEM-grade H2, having CO concentration below 100 ppm, from methane in amount enough to feed a 1 kW PEMFC. In the first part, the power law type kinetic expressions obtained from kinetic studies for the FP reactions (OSR-WGS-PROX) were corrected through minimizing the difference between experimentally obtained performance test results and the results obtained from the mathematical model formed in the current study for the same reaction conditions. In the second part, the fuel processor prototype (FPP) was modeled and its performance was simulated through the use of corrected kinetic models. 16 FPP simulations of the OSR reactor were performed by using the feed composition, temperature and W/F used in the first part. First, FP reactors having ¼ inch-OD were modeled in series. Then, the same simulations were performed for 1 inch-OD of the reactors, which is the OD of the reactors has been planned to be used in Demo-FP, while the catalyst bed height of each reactor were kept fixed as in the case of ¼ inch reactors; in those simulations, the catalyst amount and the flow rate of the OSR feed was increased such as to keep W/F of the OSR reactor the same as that of the ¼ inch reactor case. Finally, the reaction conditions yielding the best performance in terms of H2 and CO level at the PROX outlet (the simulations with 400 oC OSR reactor temperature) were selected. For the selected sets, the catalyst amounts in the reactors increased while keeping the W/F fixed such as to satisfy the H2 flow of 0.00272 moles/s and CO concentration of 100 ppm. In the last part, the operation of individual OSR reactor was further simulated for granule-size technical catalyst via introducing several levels of effectiveness factor to the power-law type OSR kinetic expression. The required catalyst amounts and the pressure drop values for the particle diameters and effectiveness factors studied were calculated. The bed density change with the change in particle size was almost insignificant, and consequently almost the same bed lengths were found. On the other hand, as the particle diameter was increased, the pressure drop was reduced sharply.
Benzer Tezler
- Acil durumlarda yaya tahliyesi için grup davranışı içeren sosyal kuvvet modeli önerisi
Proposal of social force model including group behaviour for pedestrian evacuation in emergency situations
YAKUP TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. CAFER ERHAN BOZDAĞ
- Enerji sistemlerinde geçici olayların analizinde bilgisayar desteğinin etkisi
The Effect of computer aid on analysis of power system transients
ERKAN MEŞE
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Medikal turizm hizmeti tedarik zinciri tasarımında işbirlikçi bir bütünleşik yöntem önerisi
A collaborative methodology for designing the medical tourism service supply chain
SALİHA KARADAYI USTA
Doktora
Türkçe
2020
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEYDA SERDAR ASAN
- Evsel kullanım suyu için sıcaklık kontrol sistemi tasarımı ve analizi
Domestic hot water temperature control system design and its analysis
OĞUZHAN ORUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Oyuk genişlemesi probleminin sonlu elemanlar yöntemi ile iki boyutlu sayısal analizi
Two dimensional numerical analysis of cavity expanison problem with finite element methods
EMİN ŞENGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE İNCECİK
DOÇ. DR. MEHMET BERİLGEN