مدلسازی و تحلیل پیل سوختی هیدروژنی

در این تحقیق دو مدل عددی دو بعدی، دوفازی و پایا، در نرم افزار کامسول توسعه داده شده است. توسعه ی یک مدل دوفازی از کل اجزای پیل سوختی پلیمری در کامسول برای نخستین بار در جهان انجام گردیده است. مدل اول این تحقیق، یک مدل تک کاناله از تمامی اجزای پیل سوختی است، در حالیکه دامنه ی مدل دوم، شامل سمت کاتد پیل سوختی با سه کانال عبور هوا می شود. از آنجا که آب گرفتگی در پیل های سوختی پلیمری از جمله مهمترین موانع تجاری سازی آنها محسوب می شود، به کمک مدل دوم اثر پارامترهای موثر بر جریان عرضیِ بین کانالی بررسی شده است. جریان عرضی و پدیده ی مویینگی، مکانیسم های خروج آب از محیط های متخلخل به شمار می روند، اما مکانیسم جریان عرضی در مقالات کمتر مورد توجه قرار گرفته است. معادلات مکسول استفان و دارسی به ترتیب برای محاسبه ی توزیع گونه ها و توصیف حرکت فاز گاز در محیط متخلخل استفاده شده اند. برای توصیف حرکت فاز مایع، علاوه بر مویینگی، اثر جریان عرضی نیز بر نحوه ی حرکت آب در نظر گرفته شده است. معادله ی اهم نیز بستگی جریان الکترون ها و پروتون ها را به توزیع پتانسیل الکتریکی و یونی نشان می دهد. بر اساس نتایج مدل های مورد تحقیق، افزایش افت فشار بین کانال های مجاور در پیل و نفوذپذیریِ محیط های متخلخل، هر دو سبب افزایش جریان عرضی و تخلیه ی آب از این محیط ها می شوند که در نتیجه، افزایش چگالی جریان را در پی دارد. افزایش رطوبت نسبی در کانال های ورودی هوا و سوخت نیز تا جاییکه باعث آب گرفتگی نشود، سبب افزایش رسانش یونی و بهبود عملکرد پیل خواهد شد. همچنین افزایش خاصیت آب گریزی مواد سازنده ی پیل به خروج بهتر آب از آن کمک می کند.