بهبود خنک کاری پیل های سوختی از نوع pem به کمک اختلاط در جریان آرام

از آنجایی که بحرانهای انرژی و محیط زیست در دنیا همواره سیاستگذاران بخش انرژی را نسبت به جایگزینی سیستمهای سنتی فسیل سوز فعلی با فناوریهای پاک تحت فشار قرار داده است، پیل سوختی می تواند گزینه بسیار مناسبی در این پروسه باشد. از طرفی کنترل حرارتی پیل سوختی به عنوان فاکتوری مهم در جهت عملکرد صحیح آن به حساب می آید و سیستم های سرمایشی با راندمان بالا از جمله اجزاء مهم و اساسی در پیلهای سوختی به شمار می روند. شرایط هیدرودینامیکی جریان در کانال های سیال خنک کننده پیل سوختی به گونه ای است که رژیم جریان در آن کاملا آرام بوده و عدد رینولدز در حدود 200 می باشد. جریان آرام در داخل کانال مستقیم در حالت پایا دارای خطوط جریان موازی دیواره های کانال است و انتقال حرارت از دیواره ها به سیال مرکز کانال عمدتا از طریق هدایت انجام می شود که نرخ بسیار کمی دارد. در این موارد برای افزایش انتقال حرارت، می توان از اختلاط سیال در نواحی داخلی و قسمت های مجاور دیواره استفاده کرد که باعث افزایش مولفه عرضی انتقال حرارت می شود. این کار با ایجاد جریان ثانویه در صفحه عمود بر راستای اصلی جریان ممکن است که نرخ انتقال حرارت را بدون افزایش چشمگیر افت فشار، بالا می برد. در این پایان نامه ضمن شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت در یک کانال زیگزاگ، تاثیر آن بر ایجاد اختلاط سیال و افزایش انتقال حرارت بررسی می شود. برای حل معادلات حاکم از روش حجم کنترل و الگوریتم سیمپل استفاده می گردد. نتایج نشان گر ایجاد جابه جایی آشوبناک در جریان است که با ایجاد جریان های ثانویه در مقطع عرضی و جریان های برگشتی در طول بازوهای زیگزاگ کانال، باعث یکنواختی دما در هر مقطع عرضی شده و حداکثر دما در کانال را کاهش می دهد. همچنین استفاده از این کانال زیگزاگ، در ازای افزایش کمی در افت فشار، میزان انتقال حرارت را تا حدود قابل ملاحظه ای بالا می برد.