تحلیل عددی یک بعدی عملکرد یک پیل سوختی با غشا پلیمری

در این پایان نامه یک سلول پیل سوختی غشاء پلیمری با استفاده از مدل یک بعدی، پایا و همگن مورد مطالعه قرار می گیرد. در ابتدا معادلات حاکم بر صفحه توزیع گاز و لایه نفوذ گاز استخراج و افت های اهمی و میزان انتقال اکسیژن در آن مدلسازی می گردد. ودر ادامه لایه کاتالیست کاتد که کلیدی ترین بخش پیل سوختی می باشد با استفاده از روش همگن مدلسازی می شود و معادلات دیفرانسیل حاکم بر لایه کاتالیست کاتد استخراج شده و با استفاده از یک کد کامپیوتری در زبان تجاری مطلب حل می شود. و از آن افت فعالسازی بدست می آید و در ادامه میزان افت اهمی در غشا پلیمری و همچنین افت غلظت نیز با استفاده از یکسری فرضیات مهندسی مدلسازی می گردد. سرانجام با استفاده از تمامی افت ها، ولتاژ کلی پیل سوختی محاسبه شده و منحنی ولتاژ خروجی پیل رسم شده و نتیجه حاصله از این تحقیق با نتایج تجربی مقایسه می شود و مشاهده می شود که تطابق خوبی وجود دارد. در ادامه منحنی قطبیت پیل رسم می شود.پس از رسم منحنی قطبیت، در ادامه تاثیر پارامترهای طراحی شامل تغییر تعداد کانال های گاز که روی صفحات توزیع کننده گاز قرار دارد، تغییر پارامترهای ضریب تخلخل لایه نفوذ گاز ، میزان اشباع شدگی لایه نفوذ گاز، ضخامت لایه نفوذ گاز ، میزان بارگذاری جرمی پلاتین و کربن لایه کاتالیست کاتد، میزان اشباع شدگی لایه کاتالیست کاتد، میزان نفوذ لایه نفوذ گاز در لایه کاتالیست کاتد، میزان نفوذ غشاء در لایه کاتالیست کاتد، ضخامت لایه کاتالیست کاتد ، ضخامت لایه غشاء و تاثیر یکسری از پارامترهای عملکردی پیل مانند دما و فشار کاری بر ولتاژ، افت فعالسازی، توان، بازده و میزان حرارت تولیدی پیل سوختی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد تاثیر میزان اشباع شدگی لایه کاتالیست کاتد نسبت به سایر پارامترها بر کارایی پیل بیشتر است. مقایسه نتایج مدل شده با نتایج تجربی صحت مدل سازی این پیل را نشان می دهد؛ و در ادامه پروفیل های غلطت اکسیژن و افت غلظت، افت فعالسازی و چگالی جریان پرتونی در داخل لایه کاتالیست مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. که نشان می دهد تقریباً بخش زیادی از جریان تولیدی در داخل لایه کاتالیست کاتد در اوایل لایه کاتالیست می باشد که تقریباً بین 30%-10% از کل طول لایه کاتالیست را شامل می شود. در پایان خلاصه نتایج حاصل از مطالعه پارامتری انجام شده که شامل بازه مورد بررسی برای پارامتر مذکور، میزان تاثیر آن پارامتر بر کارایی پیل و مقدار بهینه آن، ارائه شده است.