Detailed analysis of an endoreversible fuel cell : Maximum power and optimal operating temperature determination

Producing useful electrical work in consuming chemical energy, the fuel cell have to reject heat to its surrounding. However, as it occurs for any other type of engine, this thermal energy cannot be exchanged in an isothermal way in finite time through finite areas. As it was already done for various types of systems, we study the fuel cell within the finite time thermodynamics framework and define an endoreversible fuel cell. Considering different types of heat transfer laws, we obtain an optimal value of the operating temperature, corresponding to a maximum produced power. This analysis is a first step of a thermodynamical approach of design of thermal management devices, taking into account performances of the whole system.Comment: 15 pages, 10 figure

Equivalent Thermal Conductivities for Twisted Flat Windings

The authors of this paper intend to develop a method of determination of equivalent thermal conductivities for twisted flat windings. The conductivities determined are radial and parallel to the principal directions of the windings. A design has been realized thanks to the thermal modulus of the computation software Flux2D using a finite elements method. Following that phase, numerical correlations permitting to express the radial conductivities as a function of temperature, filling rate and insulation conductivities are proposed.Les auteurs de cet article se proposent de développer une étude de détermination de conductivités thermiques équivalentes d'empilements de bobinages plats torsadés. Les conductivités sont déterminées dans le plan radial (perpendiculaire à l'axe des bobinages) et parallèlement aux directions principales de la structure. La méthode utilisée est exclusivement numérique et est réalisée à l'aide du logiciel de calculs bidimensionnels par éléments finis Flux2D. Des corrélations numériques exploitables permettent d'obtenir directement les conductivités radiales en fonction du taux de remplissage, de la température du milieu et des conductivités des isolants électriques

Thermal modelling for an induction motor

The authors of this paper intend to achieve the study of the thermal behaviour in permanent rate of an asynchronous motor with a wounded rotor of a rated power of 4 kW. 66 thermocouples have been settled in the stator at different places like the centers and the bottoms of the windings or the middle of the yoke. A design has been realized thanks to the magnetostatic modulus of the computation software with the finite elements method Flux2d converted in a resolution tool of the heat equation. Another originality of this study is to introduce areas including a contact thermal resistance phenomenon in some places of the motor to characterize the motor thermophysical parameters and to obtain the experimentation-calculation convergence.Les auteurs de cet article se proposent de réaliser l'étude du comportement thermique en régime permanent d'un moteur asynchrone de 4 kW à rotor bobiné. 66 thermocouples ont été positionnés en différents lieux du stator tels que les milieux des bobinages, les fonds d'encoches ou encore le milieu des tôles. Un modèle a été réalisé à l'aide du logiciel de calculs magnétostatiques par éléments finis Flux2d converti en un outil de résolution de l'équation de la chaleur. Une autre originalité de cette étude a été d'introduire en certains endroits du moteur des zones où la notion de résistance thermique de contact est particulièrement importante. L'introduction de paramètres thermophysiques les caractérisant s'est avérée nécessaire pour obtenir la convergence expérimentation-simulation

Finite time analysis of an endoreversible fuel cell

The aim of this paper consists in a detailed thermodynamical description of a fuel cell, using finite time thermodynamics (FTT). Starting from the comparison beetween a reversible fuel cell and a Carnot heat engine driven by a perfect chemical reaction, we remind that – contrary to a common opinion – both systems have the same thermodynamical performances. Thereby, we evolve the comparison beetween these two systems to the area of finite time thermodynamics. The main results is the definition of an endoreversible fuel cell characterized by a maximum-power efficiency

Simulation du comportement thermique en régime permanent d'un moteur asynchrone à refroidissement extérieur. Etude par éléments finis

The steady state thermal modelling of an 4 kW asynchronous motor is realized. A design has been made thanks to the Flux2D finite element magnetic calculus software converted into a resolution tool of the heat equation. This last is used to simulate the heat flux in fluid and solid areas. A 3D study is effected thanks to two 2D studies. The first concerns a radial view (perpendicular to the mechanical axis) whereas the second is effected for an axial view (parallel to the mechanical axis). Thermal conductivities of the materials and thermal contact resistances of the motor are determined through two different tests creating different overheatings. The first is made with a sinewave supply and pre-determine the thermophysical parameters. The second effected with direct current supplies at the rotor and the stator is used to validate these last parameters.
On réalise l'étude du comportement thermique en régime permanent d'un moteur asynchrone de 4 kW. Le logiciel de calculs magnétiques par éléments finis flux2D est converti en un outil de résolution de l'équation de la chaleur. Cette dernière équation sert à simuler les transferts thermiques tant dans les domaines fluides que solides. Une pseudo-étude tridimensionnelle est réalisée par le biais de deux études bidimensionnelles : la première effectuée suivant un plan radial (plan perpendiculaire à l'axe du moteur) et la seconde suivant un plan axial (plan parallèle à l'axe). Les conductivités des matériaux et des résistances thermiques de contact composant le moteur sont déterminées à l'aide de deux types d'essais qui induisent des échauffements différents. Le premier est réalisé avec une alimentation sinusoïdale et sert à prédéterminer les paramètres thermophysiques. Le second est effectué avec des alimentations à courant continu tant au stator qu'au rotor et a pour rôle la validation de ces paramètres

Experimental device to test an iron losses model by a thermal method

The experimental determination of the iron losses created in a localized zone of an electric machine is a difficult operation. We try to verify and to valid by local thermal measurements the sum of local iron losses. To realize our verification, we determine the optimal measurement conditions by calculation and simulation before the realization of a prototype specially designed for this operation. This structure represents a part of an electric machine, with emphasis on inhomogeneous flux distribution areas. This device permits to obtain an experimental temperature mapping which is compared to the calculated temperature distribution obtained by finite elements modelling

Thermal management of a PEMFC stack by nodal modeling

International audienc

Transient thermal computation of a PEM fuel cell by a nodal modeling

International audienceIn this paper, the authors propose a thermal modeling of a fuel cell. It has been validated on a 150 W power PEMFC. The thermal modeling uses a network of 172 nodes. It takes into account conduction and convection heat fluxes but also mass transfers due to electrochemical reaction. This thermal model is reduced to a global model describing electrical behavior and takes into account temperature regulation of the water cooling system. Matlab-Simulink software has been used. Dirichlet boundary conditions are obtained thanks to an SW infrared camera