Eiettori per il ricircolo anodico in impianti SOFC : ottimizzazione della geometria mediante un metodo a parametri concentrati integrato da simulazioni CFD

Da oltre un secolo gli eiettori vengono diffusamente impiegati in vari settori dell’industria e per questo sono stati oggetto di numerosi studi volti a descriverne e ottimizzarne il funzionamento. Negli ultimi anni, l’utilizzo degli eiettori ha preso sempre più piede anche nel settore energetico, sulla spinta data dal diffondersi di nuove tecnologie, per una conversione più efficiente dell’energia, e della, così detta, generazione distribuita. In particolare, gli eiettori hanno trovato impiego nei sistemi basati su celle combustibili (FC), contribuendo a migliorarne il rendimento e ad abbassarne i costi di impianto. Nel presente lavoro di tesi, viene proposta una nuova metodologia per l’ottimizzazione geometrica degli eiettori, impiegati per il ricircolo della corrente di gas anodico esausto, negli impianti basati su celle a combustibile agli ossidi solidi (SOFC). L’approccio proposto è il risultato dell’integrazione tra un modello termodinamico a parametri concentrati (LPM) e la fluidodinamica computazionale (CFD). Lo studio si è focalizzato su eiettori monofase con ugello convergente, di tipo a miscelamento ad area costante, di comune impiego nei sistemi SOFC. Nella prima parte, vengono descritte la tecnologia e le principali applicazioni in campo energetico; seguite da un’analisi critica dei modelli per la progettazione degli eiettori, presenti in letteratura. Nella seconda parte viene sviluppata la struttura del modello termodinamico LPM, vengono definiti i rendimenti propri delle componenti dell’eiettore e viene presentato l’approccio CFD. I dati sul campo di moto locale, ricavati dall’analisi fluidodinamica, vengono utilizzati all’interno del modello a parametri concentrati generando la metodologa integrata LPM-CFD per l’ottimizzazione geometrica dell’eiettore. Questa, viene, infine, presentata in maniera dettagliata con la discussione di alcuni casi studio.