عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی فرایند انتقال آب در لایه های نفوذ گازی یک پیل سوختی پلیمری با استفاده از شبکه حفره ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی – فرآوری و انتقال گاز
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1328.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59541
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- مهدی زارع
- چکیده
- پیل¬های سوختی پلیمری انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می¬کنند و تنها محصول جانبی آن-ها گرما و آب می¬باشد. تجمع آب مایع تولید¬شده درون پیل باعث بسته شدن راه لای? نفوذ گاز و همچنین طغیان پیل خواهد شد. بنابراین مدیریت آب درون پیل سوختی پلیمری یکی از مهمترین موضوعاتی است که در سال¬های اخیر به آن توجه شده¬است. آب مایع در سمت کاتد بایستی از طریق عبور از لای? نفوذ گاز خود را به کانال گاز برساند و از سیستم خارج شود تا مانع از طغیان پیل شود. چندین روش شبیه¬سازی وجود دارد که مکانیزم انتقال آب در لایه نفوذ گاز را مشخص می¬کند. یکی از این روش¬ها مدل شبکه حفره¬ای می¬باشد که مزیت¬هایی از قبیل سادگی، زمان کم محاسبات و کاهش هزین? محاسبات را نسبت به بقیه روش¬ها دارا می¬باشد. مکانیزم انتقال آب در لای? نفوذ گاز را نیروی موئینگی کنترل می¬کند. تغییر در ساختار لای? نفوذ گاز روی نیروی مویینگی اثر می¬گذارد. بنابرای تغییر در ساختار لای? نفوذ گاز ممکن است انتقال آب به خارج از پیل را بهبود بخشد و از کاهش عملکرد پیل جلوگیری کند. در این تحقیق لای? نفوذ گاز توسط مدل شبک? حفره¬¬ای مدل¬سازی شده-است و همچنین یک لای? نفوذ گاز توسعه یافته در نظر گرفته شده¬است که در آن شعاع متوسط گلوگاه¬ها و کشش سطحی در عرض شبکه بر اساس بعضی توابع از قبیل تابع خطی و چندجمله¬ای تغییر می¬کند. سپس مهمترین پارامترهای انتقال از قبیل تراوایی نسبی و فشار موئینگی در لای? نفوذ گاز مورد بررسی قرار گرفته¬است. نتایج نشان می¬دهد که انتقال آب در لای? نفوذ گاز توسعه یافته در مقایسه با یک لای? نفوذ گاز معمولی که در آن شعاع متوسط شبکه و کشش سطحی مقادیری ثابت می¬باشند به نحو قابل ملاحظه¬ای بهبود یافته است. بنابراین این نوآوری باعث جلوگیری از پدید? طغیان در پیل سوختی پلیمری خواهد شد.
- Abstract
- Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) convert chemical energy to electrical energy and the only byproduct of them are heat and water. If the liquid water accumulates, it will be close the gas diffusion layer (GDL) pores and will be cause flooding. Hence, water management is one of the important subjects of the recent studies. Liquid water on the cathode side should transport toward gas channel for preventing flooding. There are several simulation methods that elucidate water transport mechanism in the GDL. Pore network modeling (PNM) is one of the simulation methods that has some advantages like simplicity, low run time, and low computational cost compare to the other methods. Water transport mechanism in the GDL controls by capillary force. Changing the GDL structure could be varying capillary force. Therefore, changing the GDL structure might improve water transport and prevent reducing the PEMFC performance. In this study GDL is modeled by PNM method and a modified GDL in which average throats radii and surface tension vary across the thickness with some functions like linear and polynomial is considered. Then, the most important transport parameters like relative permeability and capillary pressure in the GDL are studied. Results show that water transport in the modified GDL improve significantly compare to a regular GDL in which average throats radii and surface tension of the network are constant. Therefore, this innovation prevent flooding phenomenon in the PEMFC.
