مدل سازی عددی تولید جریان الکتریکی, نحوه ی توزیع مولفه ها و دما و بررسی تاثیر تغییر جهت جریان گاز درون یک پیل سوختی غشا تبادل پروتونی

در این پایان نامه پیل سوختی با غشا تبادل پروتونی با کانال های گاز به حالت مربعی به عنوان مدل حالت پایه بصورت عددی مدل سازی و با نتایج آزمایشگاهی اعتبار دهی گردیده است.سپس پارامتر های حاکم بر پیل مذکورو تاثیر هریک از پارامترها از قبیل تغییر ولتاژمورد تحلیل قرار گرفته است.با افزایش ولتاژ، شدت واکنش به تدریج کاهش یافته و بیشینه دمای پیل کاهش می یابد.توزیع گونه ها در سمت آند و کاتد، اکتیوایی آب، هدایت پروتونی و دما نیزبررسی شده اند.لازم به ذکر است این شبیه سازی که بصورت غیر همدما می باشد و با نرم افزارمحاسباتی تحلیل جریان انجام شده است.شرایط عملکرد پیل کاملاپایدار و به دلیل پایین بودن سرعت و عدد رینولدز، رژیم جریان آرام می باشد.تمامی واکنش دهنده ها و محصولات در چهارچوب فرض گاز ایده آل اند. در این پایان نامه تاثیر جریان ناهمسو در کانال های جریان گاز پیل بر عملکرد و پارامتر های دخیل مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج کاهش جریان برای مدل جدید در ولتاژ های پایین که فعالیت پیل بیشتر است را، نشان می دهند. در مدل جدید با بررسی توزیع مولفه ها و دما، به علت کاهش سطح متمرکز واکنش الکتروشیمیایی و توزیع یکنواخت تر آن شاهد کاهش عملکرد مفید پیل هستیم. همچنین تاثیر تغییر ابعاد سطح موثر واکنش با حفظ مساحت بر عملکرد پیل مورد مطالعه قرار گرفته است.با مقایسه ی نمودار های چگالی جریان و توان برای هر سه مدل مشاهده می شود که با این تغییرات راندمان پیل کاهش می یابد. با مقایسه ی افت های اهمی و پتانسیل اضافی کاتد که قسمت اعظم افت های پیل را شامل می شوند علل این نتایج را توجیح می کنیم. افت اهمی با چگالی جریان و ضخامت غشا رابطه ی مستقیم و با هدایت پروتونی رابطه ی معکوس دارد. نمودار های چگالی جریان، هدایت پروتونی، اکتیوایی آب و دما ارتباط این پارامتر ها را در مقطع عرضی پیل به خوبی توجیح می کنند. هندسه ی سوم افت اهمی بیشتری را نشان می دهد. همچنین پتانسیل اضافی کاتد که به افت های غلظتی مربوط می باشد و متاثر از میزان نفوذ و دردسترس بودن اکسیژن است، در سه هندسه بررسی شد. در هندسه ی سوم به علت نواحی شانه ای کوچکتر که باعث توزیع یکنواخت تر اکسیژن در عرض پیل می شود، افت غلظتی کمتری را تجربه می کنیم. در مجموع اثر افت اهمی بر غلظتی غلبه می کند و باعث کاهش جریان در هندسه های جدید می شود. این مطالعات برای آشکارسازی علت بهینه بودن هندسه و شرایط مرزی حالت پایه صورت گرفته اند.