بررسی عملکردپیل سوختی غشاء پلیمری با استفاده ازمدل سازی شبه سه بعدی

دراین بررسی، عملکرد یک پیل سوختی هیدروژنی بامیدان جریان درهم پیچیده با استفاده ازمدل جریان دوفازی و چند جزئی به صورت شبه سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. وقتی از کانال های جریان درهم پیچیده در پیل سوختی غشا پلیمری استفاده می شود. سیال وارد شده به پیل سوختی به صورت اجباری ازمیان لایه ی متخلخل عبور می کند که این ویژگی سبب افزایش نرخ انتقال واکنش دهنده ها به لایه کاتالیستی و خروج محصولات و درنتیجه کاهش مقدار آب قرارگرفته در الکترود متخلخل و متعاقبا کاهش اثرات فلادینگ در الکترود می گردد. فضای مدل سازی شامل کانال کاتدی و لایه نفوذ گاز کاتدی می باشد و لایه های کاتدی می باشد و لایه های کاتالیستی به صورت یک لایه بی نهایت نازک در نظر گرفته شده اند که در آن واکنش شیمیایی رخ می دهد. با در نظر گرفتن مکانیزم های مختلف انتقال آب در این نوع از پیل های سوختی پلیمری معادلات بقای گونه ها براساس روش دوفازی و چند جزئی در نظر گرفته می شوند. با استفاده از کد فرترن توسعه یافته جهت مدل سازی ترکیبی (1D +2D) تغییرات فشار و سرعت و غلظت اکسیژن و آب درکانال جریان درهم پیچیده بدست آمده و پیل سوختی به صورت شبه سه بعدی بررسی شده است. مدل سازی نشان می دهد هرچه اختلاف فشار بین ورودی و خروجی در طول کانال بیشتر باشد عملکرد پیل سوختی به سبب افزایش نرخ انتقال اکسیژن و خروج آب بیشتر خواهد بود. کاهش غلظت اکسیژن در انتهای کانال نیز می تواند از علل کاهش عملکرد محسوب شود. همچنین تغییرات نمودارهای چگالی جریان محلی، چگالی توان، پلاریزاسیون و کسر حجمی اشباع آب مایع در سطح لایه کاتالیستی در راستای کانال نیز ارائه شده است.

Keywords:

مدل سازی شبه سه بعدی , میدان جریان درهم پیچیده , پیل سوختی غشا پیلمری(PEMFC) , جریان دو فازی , مدل مخلوط چند جزئی