جلسه دفاع از رساله: آقای کاظم محمدزاده، گروه آموزشی تبدیل انرژی
 خلاصه خبر: شبیه سازی عددی سه بعدی جریان و مدیریت آب در آندپیل سوختی غشاء تبادل پروتون با استفاده از روش حجم سیال (VOF)
چکیده:
در این رساله، یک مدل عددی ترکیبی برای مدیریت آب در کانال آند پیل سوختی غشاء تبادل پروتون (PEMFC) ارائه
میشود در این مدل، کد PEMFC دوبعدی از طریق محاسبه مقدار آب حاصل از تقطیر در دیوارههای کانال به کد حجم سیال (VOF)
برای ردیابی سطح مشترک آب و گاز کوپل میشود. گسستهسازی معادلات حاکم با روش حجم محدود و طرح قانون توانی برای
جملات جابجایی انجام میشود. برای کوپلینگ فشار و سرعت در معادلات ممنتوم از الگوریتم SIMPLE و برای پیادهسازی الگوریتم
حجم سیال از روش هندسی محاسبه سطح مشترک بهصورت تکهای خطی (PLIC) و مدل کشش سطحی تنش سطحی پیوسته (CSS)
استفاده میشود. قطرات تولیدی کرویشکل، تعداد آنها برابر یک، دو و سه و زاویه تماس آنها با دیواره، ⁰45θ= درنظر گرفته میشود.
براساس نتایج، مقدار اشباع آب مایع در آند در مقایسه با مقدار آن در کاتد قابل توجه میباشد و در هر دو الکترود با کاهش
چگالی جریان و افزایش ضریب نفوذ آب مایع، کاهش مییابد. در چگالی جریان Acm -2 2/0، اثر میانگذر حدود 10 % موجب کاهش
بازده پیل میشود که با کاهش چگالی جریان این اثر بیشتر میشود. نتایج نشان داد که افزایش دمای کاری پیل (T cell )، کاهش رطوبت
نسبی هیدروژن ورودی (RH a )، افزایش چگالی جریان (i) و افزایش نسبت استوکیومتری هیدروژن (S H2 )، چهار راهکار عملی برای
جلوگیری از طغیان در کانال آند میباشد. در تمام حالتها اندازه قطرات تولیدی در راستای کانال به صورت خطی افزایش مییابد.
گرفتگی عرضی و عمقی کانال در شرایط مختلف کاری بررسی شد. شعاع معادل، شعاع خط تماس و ارتفاع تکقطره در شرایط مبنا
بهترتیب حدود 92/0، 65/0و 27/0 برابر عرض کانال بهدست آمد که در محدوده مقادیر گزارششده آزمایشگاهی میباشد. با
شبیهسازی عددی 81 مورد مختلف، یک رابطه همبستگی با خطای نسبی میانگین 9/3 % برای پیشبینی اندازه قطره تولیدی در اثر
تقطیر در کانال آند پیشنهاد گردید.
نتایج شبیهسازی حرکت قطرات در کانال گاز نشان داد که قطره به تدریج روی سطح دیوارههای کانال گسترده شده و
درنهایت به گوشههای بالایی کانال رسیده و تشکیل لختههای مایع میدهد. این لختهها به آرامی به سمت خروجی کانال حرکت میکنند و
بعد از حدود msec 25، شکل و موقعیت آنها ثابت میشود و موجب گرفتگی کانال میشوند. با تغییر تعداد قطرات، زمان گرفتگی
کانال تغییری نمیکند. در حالتهای دوقطره و سهقطره، قطرات در حین تخلیه به همدیگر میپیوندند و تشکیل یک قطره بزرگتر میدهند.
در تمام زمان تخلیه، هیچ قطره آبی در سطح لایه نفوذ گاز (GDL) تجمع نمیکند که این مشاهده نیز با مشاهدات آزمایشگاهی در تطابق
است. چون دیوارههای کانال آبدوست است، قطرات آب در سطح دیوارههای کانال پهن میشوند و میانگین افت فشار خیلی زیاد
نمیباشد. افزایش تعداد قطرات، موجب کاهش افت فشار میانگین میشود بهطوریکه افت فشار میانگین در حالت سهقطره حدود 40 %
کمتر از حالت دوقطره و در حالت دوقطره حدود 76 % کمتر از حالت تکقطره است. همچنین با افزایش تعداد قطرات، میانگین
نسبت پوشش آب در دیوارههای جانبی و دیواره بالایی کانال افزایش مییابد که میزان این افزایش، با زیادشدن تعداد قطرات کاهش
مییابد. 26 آبان 1397 / تعداد نمایش : 1713
|