بررسی سه بعدی کارکرد پیل سوختی پلیمری لوله ای با فرض برهم کنش سیال- جامد- گرما
عنوان مقاله: بررسی سه بعدی کارکرد پیل سوختی پلیمری لوله ای با فرض برهم کنش سیال- جامد- گرما
شناسه ملی مقاله: JR_JCME-41-1_004
منتشر شده در در سال 1401
شناسه ملی مقاله: JR_JCME-41-1_004
منتشر شده در در سال 1401
مشخصات نویسندگان مقاله:
مهدی کیهانپور - Department of Mechanical Engineering, Khaje Nasir Toosi University of Technology, Tehran, Iran
مجید قاسمی - Department of Mechanical Engineering, Khaje Nasir Toosi University of Technology, Tehran, Iran
خلاصه مقاله:
مهدی کیهانپور - Department of Mechanical Engineering, Khaje Nasir Toosi University of Technology, Tehran, Iran
مجید قاسمی - Department of Mechanical Engineering, Khaje Nasir Toosi University of Technology, Tehran, Iran
با توجه به روند رو به اتمام منابع سوخت فسیلی و ضرورت استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، میبایست مطالعات مناسب در راستای بررسی های فنی و عملکردی در خصوص این منابع صورت پذیرد. لذا در این پژوهش پیل سوختی پلیمری لوله ای شکل به عنوان یک منبع انرژی مناسب با هندسه سه بعدی به صورت عددی، شبیه سازی و بررسی شده است. برای بررسی جامع، معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی، تنش- کرنش و برهم کنش سیال- جامد-گرما در حالت پایا، به وسیله یک کد عددی المان محدود تعریف، با یکدیگر کوپل و سپس حل شده اند. با فرض تغییر ولتاژ پیل از ۰/۹۵ تا ۰/۴ ولت، عبور جریان تراکم پذیر سوخت و هوا در داخل کانالها و محیط های متخلخل الکترود و کاتالیست و همچنین حدود ۵ درجه افزایش دمای میانگین پیل، باعث تقریبا ۳۵ نانو متر جابجایی در بخشهای مختلف می شود. این جابجایی های ناشی از برهم کنش سیال- جامد- گرما موجب ایجاد تنشهای گرمایی و مکانیکی می شوند. تنش بیشینه در حدود ۳۵۰۰ کیلو نیوتن بر مترمربع در الکترولیت با توجه به محدودیت جابجایی آن (میانگین جابجایی ۱۲/۸ نانو متر) ایجاد می شود. سپس، رابطه تغییرات ولتاژ با چگالی جریان، تنش، سرعت جریان سوخت، جابجایی و دمای پیل سوختی نشان داده شد. همچنین نتایج نشان داد که فرض بر همکنش سیال- جامد- گرما توان پیل سوختی را تا حدود ۳ درصد کاهش می دهند. در پایان اثر پارامترهای مختلف از جمله شعاع کانال سوخت و هوا و رسانایی الکترونی و یونی بررسی شد. به عنوان مثال، در ولتاژ ۰/۴ ولت، کاهش ۲۰ درصدی شعاع کانال سوخت و هوا و همچنین افزایش ۱۰۰ درصدی رسانایی الکترونی و یونی به ترتیب باعث افزایش حدود ۲/۱۷، ۰/۰۵، ۳/۶۹ و ۴۰ درصد چگالی جریان الکتریکی می شود
کلمات کلیدی: Tubular PEM fuel cell, Three dimensional geometry, Energy, Stress- strain, Fluid- solid- heat interaction., پیل سوختی پلیمری لوله ای شکل, هندسه سه بعدی, انرژی, تنش- کرنش, برهم کنش سیال- جامد- گرما.
صفحه اختصاصی مقاله و دریافت فایل کامل: https://civilica.com/doc/1548755/