بررسی عددی اثر پارامترهای فیزیکی لایه نفوذ گاز بر مدیریت حرارت در پیل سوختی پلیمری

یکی از مباحث مهم در پیل های سوختی، بحث مدیریت حرارت می باشد که در آن، به انتقال حرارت تولید شده، داخل پیل می پردازند. از این رو در این مقاله، سعی شده است تا با کمک حل عددی به بررسی مدیریت حرارت در لایه نفوذ گاز و کانال گاز پیل سوختی پلیمری پرداخته شود. به همین منظور، یک مدل دوبعدی، پایا و غیر همدما برای لایه نفوذ گاز و کانال، سمت کاتد پیل سوختی پلیمری توسعه داده شده است. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، بقای ممنتوم و بقای انرژی می باشند که توسط روش حجم محدود در کانال و لایه نفوذ گاز حل می شوند. برای مدل سازی محیط متخلخل نیز از مدل دارسی استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهای فیزیکی لایه نفوذ گاز مانند ضخامت لایه، میزان تخلخل و میزان نفوذپذیری بر روی انتقال حرارت کانال پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که استفاده از لایه نفوذ گاز با ضریب تخلخل کمتر، سبب دفع حرارت بهتر در کانال گاز می شود، به طوری که با کاهش ضریب تخلخل از 0/9 تا 0/1، عدد ناسلت متوسط تا حدود 12% می تواند افزایش یابد. یکی از نتایج مهم بدست آمده در این مطالعه، تاثیر بسیار زیاد افزایش ضخامت لایه نفوذ گاز بر دفع حرارت می باشد، البته این در حالتی است که مجموع عرض کانال و ضخامت لایه نفوذ گاز، ثابت در نظر گرفته شود. در این صورت با افزایش ضخامت لایه نفوذ گاز از 0/2 میلی متر تا 0/5 میلی متر، عدد ناسلت متوسط تا حدود 80% افزایش پیدا خواهد کرد که نشان دهنده افزایش قابل توجه دفع حرارت از کانال گاز می باشد. اما اگر عرض کانال ثابت در نظر گرفته شود، افزایش ضخامت لایه نفوذ گاز، سبب کاهش دفع حرارت از دیواره کانال می شود. همچنین نتایج نشان دادند که افزایش نفوذپذیری لایه نفوذ گاز، نیز می تواند دفع حرارت بهتری را در کانال موجب شود.

بررسی عددی اثر پارامترهای فیزیکی لایه نفوذ گاز بر مدیریت حرارت در پیل سوختی پلیمری Keywords:

مدل سازی عددی , محیط متخلخل , مدیریت حرارت , پیل سوختی پلیمری