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차량에 있어 안정성과 편의성을 위한 장치의 수가 증가함에 따라  전기 에너지의 소비도 증가하고 있다. 이런 수요를 충족시키기 위하여 Webasto AG는 고체 산화 연료전지(solid oxide fuel cells:SOFC)에 기반을 둔 보조 동력 장치(auxiliary power unit:APU)를 개발하고 있다. APU는  엔진과는 독립적으로 작동하여 차량 연료로 사용 될 전기 에너지와 열을 생성한다. 이는  엔진이 작동하지 않을 때 필요한 에너지를 제공함으로써 기존 시스템에서의 제한사항을 없애준다. STAR-CD를 사용하여 형상을 최적화 함으로써 APU의 성능을 개선 할 수 있게된다.

CFD는 개질기,  열교환기등  APU 구성 요소를 개발하는데 광범위하게 사용되어왔다. 이번 논문에선 APU의 중요 요소 중 하나인 SOFC 환원극의 기체 흐름을 최적화하는것에 대해 설명하였다. 단위 전지와 스택의 성능은 환원 극의 연료 가스를 균일하게 분배함으로써 반응면적을 최대화하는데 따른다.

환원판은 입구와 출구 부분 그리고 고체 산화 전해질과 맞닿는 반응 영역으로 구성된다. 대략 40개 정도의 판에 대한 변수가 STAR-CD에 있다. 입구와 출구 부분은 다양한 배플로 만들어진다. 배플의 수는 입구와 출구의 배열과 높이 만큼이나 중요하다. 반응 영역은 다공성 금속으로 만들어진 채널 구조로 이루어진다.

그림 1은 기본적인 환원판 구조를 나타낸다.

판 모델을 만드는데는 pro-STAR의  자동 격자 생성을 사용하였다. 입출구 부분과 반응 영역은 각각 격자를 만들어 커플을 사용하였다. 만들어진 격자수는 대략 60만개 정도였다.

CFD 해석에는 AMG solver와 MARS scheme을 사용하였다. 판에서의 흐름은 층류기때문에 난류모델은 필요하지 않았다.

연료 가스의 밀도와 점도는 섭씨 850도에서의 혼합 가스에 대한 것으로 계산동안 일정하게 유지되도록하였다. 계산 시간은 1시간정도로 짧게 걸렸으며 계산에는 6 CPU AMD Opteron Linux cluster를 사용하였다.

그림 2는 반응 영역에서의 유동분포를 나타낸다. 채널마다의 다른 속도는 연료 가스가 고르게 분배되지 못했음을 나타낸다. 그림 3은 최적화된 모델에서의 유동분포를 나타낸다. 고른 유동 분포는 유동장이 개선되었음을 보여준다.

이번 해석은 STAR-CD를 사용하여 짧은 시간안에 고체 산화 연료전지의 디자인 변수를 조사하여보았다. 결론적으로 얻은 형상은 보조 동력장치의 중요 요소에 있어서  성능이 좋아졌음을 나타낸다.

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