بررسی میزان باریک شدگی میدان کانال پیل سوختی و موانع حین حرکت جریان سمت کاتد در میزان و توزیع غلظت اکسیژن مرز کاتالیست

در این تحقیق به بررسی تاثیر باریک شدگی میدان کانال سمت کاتد و وجود موانع جریان سیال بر یکنواختی جریان و غلظت اکسیژن در پیل های سوختی غشای پلیمری (PEMFC) پرداخته شده است. با استفاده از مدل سازی های عددی و نرم افزار انسیس فلوئنت، تاثیر زاویه باریک شدگی کانال و ایجاد موانع در دو آرایش موازی و زیگزاگی بررسی شده است. هدف اصلی این پژوهش بهبود عملکرد نیم سلول سمت کاتد از طریق شناسایی بهترین پارامترهای طراحی برای توزیع بهینه اکسیژن و کاهش افت فشار در کانال های جریان است. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه باریک شدگی کانال کاتد از ۰ تا ۴ درجه باعث افزایش میانگین غلظت اکسیژن و کاهش انحراف معیار، و در نتیجه رشد ضریب تغییرات از ۲.۲ به ۳.۶ می شود. همچنین، ایجاد موانع در مسیر جریان، به ویژه در آرایش زیگزاگی، منجر به افزایش میانگین کسر جرمی اکسیژن و کاهش انحراف معیار شده و ضریب تغییرات اکسیژن از ۲.۲ به ۲.۵۵ افزایش می یابد. در مقابل، افت فشار در کانال ها با افزایش تعداد موانع از ۱.۶ به ۲.۵ پاسکال افزایش پیدا می کند. ترکیب باریک شدگی کانال و موانع جریان نتایج بهتری ارائه داده و با افزایش شیب و تعداد موانع، میانگین کسر جرمی اکسیژن افزایش و انحراف معیار کاهش می یابد. این ترکیب باعث افزایش ضریب تغییرات تا ۳۰% در حضور یک مانع و تا ۱۵% در حضور چهار مانع می شود. همچنین، افزایش زاویه شیب باریک شدگی و تعداد موانع منجر به افزایش ضریب تغییرات اکسیژن، ضریب تغییرات آب و افت فشار می شود. در نهایت، این پژوهش می تواند راهگشای بهینه سازی طراحی سلول های سوختی و افزایش کارایی آنها باشد. این نتایج نشان می دهد که بهینه سازی پارامترهای طراحی مانند زاویه باریک شدگی و آرایش موانع می تواند تاثیر مثبتی بر توزیع یکنواخت اکسیژن و عملکرد کلی پیل های سوختی داشته باشد، به طوری که با بهبود توزیع اکسیژن و کاهش افت فشار، کارایی کلی سلول های سوختی افزایش می یابد.

Keywords:

پیل سوختی غشا پلیمری (PEMFC) , غلظت اکسیژن , دینامیک سیالات محاسباتی , انسیس فلوئنت , مانع حین جریان , یکنواختی , کانال جریان کاتد , باریک شدگی.