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Modelado y Análisis de Rendimiento del Sistema de Generación de Energía de Celdas de Combustible de Óxido Sólido para Vehículos Hipersónicos

Autores: Liu, Yiming; Tan, Jianguo; Zhang, Dongdong; Kuai, Zihan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Modelado y Análisis de Rendimiento del Sistema de Generación de Energía de Celdas de Combustible de Óxido Sólido para Vehículos Hipersónicos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Aéreo
Generación de energía
Vehículos hipersónicos
Pila de combustible
Eficiencia de exergía
Alta temperatura

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 15

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La tecnología avanzada de generación de energía en el aire representa una de las soluciones más efectivas para satisfacer los requisitos eléctricos de los vehículos hipersónicos durante vuelos de larga duración. Este documento propone un sistema de generación de energía que integra una celda de combustible de alta temperatura para abordar los desafíos asociados con la generación de energía en el campo hipersónico, utilizando técnicas como la presurización de entrada, la reforma autotérmica y la recirculación del ánodo. En primer lugar, el sistema de generación de energía se modela de manera modular. En segundo lugar, se analiza la influencia de los parámetros clave en el rendimiento del sistema. En tercer lugar, se simula y evalúa el rendimiento del sistema de generación de energía bajo las condiciones de diseño. Finalmente, se calculan la distribución de peso y la pérdida de exergía de los componentes del sistema bajo las condiciones de diseño. Los resultados indican que la eficiencia eléctrica del sistema aumenta con la utilización de combustible, disminuye con el aumento de la densidad de corriente y la relación de vapor a carbono (SCR), y inicialmente aumenta antes de disminuir con el aumento de la temperatura de operación de la celda de combustible. Bajo las condiciones de diseño, la potencia de salida del sistema es de 48.08 kW, con una eficiencia eléctrica del 51.77%. El peso total del sistema de generación de energía es de 77.09 kg, siendo la celda de combustible el 69.60% de este peso, lo que resulta en una densidad de potencia de 0.62 kW/kg. La eficiencia de exergía del sistema es del 55.86%, siendo la celda de combustible de óxido sólido (SOFC) la que presenta la mayor pérdida de exergía, mientras que el mezclador demuestra la mayor eficiencia de exergía. Este estudio apoya la aplicación de celdas de combustible de alta temperatura en el campo hipersónico.

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