New article: Modeling of a Gradient Porosity SOFC Anode using the Lattice Boltzmann Method

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Abstract
The solid oxide fuel cell (SOFC) is an electrochemical device that converts the chemical energy present in reactant fuels into electrical energy and heat. Such conversion is given by the electrochemical reactions that occur inside the fuel cells when the reactant gases reach the so-called Three-phase Boundary (TPB). However, before the reactant gases can reach the TPBs, they have to pass through an anisotropic layered material in which the fluid behavior is not easy to explain. The purpose of this paper is to obtain a detailed behavior of the fluid flow through a modeled SOFC anode with gradient porosity using the Lattice Boltzmann method (LBM). Three different modeled SOFC anodes are analyzed keeping the porosity as a constant value, but varying the void space distribution in the flow direction. Results show that the an decreasing porosity in the flow direction can offer more possibilities for reactant gases to get easily the TPB; and therefore, the reaction rate during the electrochemical reactions can be increased.

Resumen

La celda de combustible de oxido solido (SOFC) es un elemento electroquimico que convierte la energía química presente en el combustible reactante en energía eléctrica y calor. Tal conversión es dada por las reacciones electroquimicas que ocurren dentro de las celdas de combustible cuando los gases llegan a las llamadas fronteras de tres fases (TPB). Sin embargo, antes de que los gases reactantes lleguen a los TPBs, tienen que pasar a través de una capa de material anisótropo en el cual el comportamiento del fluido es dificil de explicar. El objetivo de este paper es obtener un detallado comportamiento del fluido a través de anodos modelados de SOFCs con porosidad variables usando el método de Lattice Boltzmann (LBM). Tres anodos diferentes fueron analizados manteniendo la pososidad constante, pero variando la cantidad de poros en la dirección en la que fluye el fluido. Resultados muestrasn que un decremento en la porositya en la dirección del fluido puede ofrecer mas posibilidad para que los gases reactantes lleguen facilmente a los TPBs, y por lo tanto, la tasa de reacción pueda ser incrementada. 

Análisis de relaciones de diffusibilidad en capas difusoras de Gases - Nueva publicación

Saludos,

Les comparto el enlace a mi nueva publicación:

Comparing through-plane diffusibility correlations in PEFC gas diffusion layers using the lattice Boltzmann method

https://authors.elsevier.com/a/1U~~f1HxM4hJ2x  (enlace válido hasta Junio 24, 2017)

En el estudio comparo varias correlaciones establecidas en estudios anteriores para estimar el la diffusibilidad de las capas difusoras de gases (GDL, por sus siglas en inglés).

El comportamiento del fluido y el transporte de masa es obtenido por medio del método de Lattice Boltzmann, el código es completamente desarrollado por mi. Además las GDLs son también generados digitalmente via código.

Concluyo que, si bien es cierto las previas correlations ofrecen una muy buen aproximación, la mejor forma de estimar la diffusibilidad es conociendo los valores de porosidad y tortuosidad. Valores que a niveles microscópicos en medios porosos son difíciles de obtener y por lo tanto el modelamiento nos ofrece esa oportunidad.

Abstract:

One of the key elements in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is the gas diffusion layer (GDL). The GDL offers mechanical support to the cell and provides the medium for diffusing the reactant gases from the flow plates to the electrolyte enabling the electrochemical reactions, and therefore the energy conversion. At the same time, it has the task of transporting the electrons from the active sites, near to the electrolyte, towards the flow plates.

Describing the fluid flow and mass transport phenomena through the GDLs is not an easy task not only because of their complex geometries, but also because of these phenomena occur at microscale levels. Most of the PEFC models at cell scale make assumptions about certain microscale transport parameters, assumptions that can make a model less close to the reality. The purpose of this study is to analyze five different proposed correlations to estimate the through-plane (TP) diffusibility of digitally created GDLs and using lattice Boltzmann (LB) models. The correlations are ranked depending on their precision, accuracy and symmetry. The results show that the best estimation is given when the porosity and gas-phase tortuosity are taken into account in the correlation.

Keywords

Gas diffusion layer;
Diffusibility;
Lattice Boltzmann method;
Polymer electrolyte fuel cell;
Transport parameters

Nueva publicación: Modelamiento de flujo en medios porosos, un anális de los tiempos de computo

Hola a tod@s!

Mi última publicación es en "Computer and Mathematics with Applications". Aún no tiene asigando un issue, pero ocurrirá durante 2017.

Computational time and domain size analysis of porous media flows using the lattice Boltzmann method

Abstract

The purpose of this study is to investigate the computational time required to describe the fluid flow behavior through a porous medium and its relation to the corresponding domain size. The fluid flow behavior is recovered using the lattice Boltzmann method (LBM). The selected methodology has been applied because of its feasibility for mimicking the fluid flow behavior in complex geometries and moving boundaries. In this study, three different porosities are selected to calculate, for several sizes domain, the required computational time to reach the steady state. Two different cases are implemented: (1) increasing the transversal area, but keeping the layer thickness as a constant, and (2) increasing the total volume of the pore domain by increasing all the dimensions of the volume equally. The porous media are digitally generated by placing the solid obstacles randomly, but uniformly distributed in the whole domain. Several relationships relating the computational time, domain size and porosity are proposed. Additionally, an expression that relates the hydraulic tortuosity to the porosity is proposed.

Keywords

Computational time; Domain size; Porous media; Lattice Boltzmann method; Porosity; Hydraulic tortuosity

Resumen

El objetivo de este estudio es investigar el tiempo de cómputo requerido para describir el comportamiento del fluido a través de un medio poroso y la relación con su correspondiente tamaño de dominio. El comportamiento del fluido es obtenido usando el método de Lattice Boltzmann (LBM). Esta metodología ha sido seleccionada en esta aplicación por su facilidad para modelar el comportamiento de flujos en geometrias complejas y fronteras móviles. En este estudio, tres diferentes porosidades son seleccionadas para calcular, para varios tamaños de dominio, the tiempo de cómputo requerido para que el fluido alcance el estado estable. Dos casos diferentes son implementeados: (1) incrementando el área transversal, pero mantiendo constante el espesor de la capa, y (2) incrementando el volumen total del medio poroso por medio del incremento de todas las aristas del volumen. Los medios porosos son digitalmente creados ubicando aleatoriamente partículas sólidas uniformemente distribuidas en todo el volumen. Varias relaciones entre el tiempo de cómputo, tamaño de dominio y porosidad son propuestas. Además, una expresión que relaciona la tortuosidad hidraulica y la porosidad es propuesta.

Palabras claves:

Tiempo de cómputo; Tamaño de dominio; Medios porosos; Método de Lattice Boltzmann; Porsidad; Tortuosidad hidraulica

Mis otras publicaciones las pueden encontrar en mi perfil de google académico, hay varios artículos que son de acceso abierto:

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