Multidisciplinary design and optimization of innovative electrical power systems for aerospace applications

La tesi ha riguardato lo sviluppo di modelli a parametri concentrati di sistemi basati su cella a combustibile PEM e su elettrolizzatori alcalini e PEM. Secondariamente, è stata considerata anche la calibrazione e ottimizzazione di modelli a parametri distribuiti (in CFD) sviluppati durante la tesi di laurea specialistica. I modelli a parametri concentrati, sviluppati in ambiente Matlab-Simulink, hanno considerato tutti gli elementi principali costituenti tale tipo di sistemi, facendo uso di approcci differenti rispetto a quanto disponibile in letteratura. In particolare, sono stati modellati gli stack di cella a combustibile ed elettrolizzatori, gli umidificatori gas-gas e liquido-gas a membrana, gli scambiatori di calore, lo stoccaggio dei reagenti, i compressori e motori elettrici, così come il controllo termico e fluidico degli stack. I modelli sono di tipo dinamico, non isotermo, con modellazione dei flussi bi-fase e multi-componente. Tutti i principali aspetti della fisica coinvolti in tale tipo di sistemi sono stati considerati. I modelli sono stati calibrati e validati con dati sperimentali per ogni tipologia di componente del sistema. Sono inoltre stati applicati metodi di sensitivity analysis ed ottimizzazione con modelli surrogati al modello di cella PEM a parametri distribuiti sviluppato durante la tesi di laurea specialistica.