مدل سازی عددی لوله گرمایی به منظور استفاده در خنک کاری پیل سوختی غشاء پلیمری

مدیریت گرما در پیل جهت نگه داشتن دمای آن در یک بازه دمایی محدود و مناسب (۶۰-۸۰ درجه سلسیوس) و تلاش جهت یکنواختی توزیع دما در پیل ضروری است؛ زیرا کنترل دمایی پیل سوختی، تاثیر زیادی بر کارایی، بازده و عمر مفید پیل سوختی غشاء پلیمری دارد. یکی از روش های خنک کاری پیل استفاده از مکانیزم تغییر فاز برای کنترل دمایی غیر فعال پیل است. لوله گرمایی، با استفاده از این مکانیزم امکان کنترل یکنواخت دمایی پیل را بدون استفاده از توان پمپ و به صورت غیر فعال فراهم می کند. در این مقاله یک لوله گرمایی برای خنک کاری پیل با توان پایین پیل ۲۰۰ واتی پیشنهاد شده است و به مدل­سازی دو فازی و گذرا لوله گرمایی با سیال کاری آب؛ پرداخته شده است. برای بررسی عملکرد لوله گرمایی، مدل حجم سیال و مدل محیط متخلخل استفاده شده است. بررسی همزمان فرایندهای تبخیر و میعان در لوله گرمایی، با نوشتن یک کد کامپیوتری و اضافه کردن آن به نرم افزار Fluent انجام شده است. تطابق خوبی بین داده­های تجربی و مدل عددی حاضر وجود دارد و مشاهده می­شود که مدل حجم سیال می­تواند مدل مناسبی برای پدیده­های پیچیده در لوله گرمایی باشد. نتایج نشان می­دهند که به کمک خنک­کاری با لوله گرمایی، دمای بخش تبخیرکن که همان دمای صفحات دو قطبی پیل است، ۶۹ درجه سلسیوس است که این مقدار در محدوده مناسب عملکرد پیل قرار دارد. در واقع لوله گرمایی قادر به دفع مناسب گرمای پیل بوده است؛ ضمن این که توزیع دما داخل پیل نیز نسبتا یکنواخت است. مقادیر پایین محاسبه شده برای مقاومت حرارتی لوله گرمایی، نشان دهنده بهبود عملکرد سیستم خنک­کاری پیل سوختی است.

Keywords:

پیل سوختی غشاء پلیمری , لوله گرمایی , خنک کاری , مدل حجم سیال (VOF) , جریان دو فازی