عنوان

بهبود عملکرد پیل سوختی غشا تبادل پروتونی با هندسه های متنوع مونوسل

Number

‭۱۷۶۶۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بهبود عملکرد پیل سوختی غشا تبادل پروتونی با هندسه های متنوع مونوسل

First Statement of Responsibility

/فرزین رامین

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۶‬

Name of Manufacturer

، میرزائی

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی مکانیک تبدیل انرژی

Date of degree

‮‭۱۳۹۶/۰۶/۲۰‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در این پایان نامه، معماری ها و مجموعه پیکربندی های نوین از پیل سوختی غشا تبادل پروتونی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند .تمام مدل های بررسی شده، سه بعدی و معادلات موجود با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی و سپس با تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی و مشخصا الگوریتم ‮‭SIMPLE‬ حل شده اند. در ابتدای روند شبیه سازی، اعتبار سنجی مدل پایه ، با بررسی تاثیر پارامترهای عملکردی از جمله تغییرات ولتاژ بر روی دما، توزیع گونه ها، اکتیوایی آب و توزیع چگالی جریان و انواع افت ها از جمله افت های غلظتی مورد بررسی قرار می گیرند .ایده نخست، طراحی هندسه ای جهت کاهش افت های غلظتی واکنش دهنده ها در سطح فعال واکنش می باشد .از این رو هندسه پیل سوختی پلیمری با نفوذ عمودی واکنش دهنده ها در سه حالت با یک ورودی، دو ورودی و ورودی کانالی پیوسته واکنش دهنده ها، طراحی و تحلیل گردیده است .ورود عمودی گاز های واکنش به لایه متخلخل نفوذ گاز سبب افزایش چشمگیر نفوذ و پخش واکنش دهنده ها می گردد نتیجتا کاهش افت های غلظتی و افزایش نرخ واکنش و چگالی جریان رخ می دهد .در ادامه، جهت ارائه مدل های نوین، کاهش هزینه ساخت و حجم مجموعه علی الخصوص صفحات دو قطبی، کانال های جریان گاز و عملکرد آن بر روی پیکربندی، مجموعه جدیدی از پیل سوختی که با تعدد سطوح در ارتباط کانال های واکنش دهنده آند و کاتد معرفی شده است .این مجموعه دارای سطح موثر واکنش یکسانی با مدل پایه می باشند .در این راستا چهار هندسه به ترتیب با سطح ارتباط یک کانال آند با یک، دو، سه و چهار کانال کاتد در پارامتر های مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند که نتایج خروجی حاکی از افزایش چگالی جریان و توان با افزایش کانال های در ارتباط می باشد .استفاده حداکثری از سطح فعال واکنش، از دیگر چالش های پیش روی هندسه های جدید می باشد .در این چهارچوب، هندسه های نوین با تعبیه محفظه ای با ابعاد بزرگتر از کانال، تحت عنوان تله واکنش دهنده ها برای بیشترین استفاده از سطح موثر واکنش و تغییر تلاطم جریان جهت نفوذ بیشینه ارائه شده اند .خروجی نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از تله در کانال جریان در مقایسه با هندسه پایه، بهبود نفوذ و کارایی قابل دسترس می باشد .بررسی گسسته افزایش تعدد تله ها از یک تا پنج تله با توجه به محدودیت های طولی هندسه، نشان می دهد که قرارگیری دو تله در طول کانال نقطه بیشینه چگالی جریان خروجی را نتیجه می دهد و در تعداد بیشتر، جریان رو به افول می باشد .همچنین تغییرات طول تله در خروجی جریان و توان در واحد سطح واکنش موثر می باشند به طوری که جریان خروجی تا طول هشت میلیمتر تله، افزایش محسوس می یابد

Text of Note

In this thesis, the architectures and the set of new configurations of the proton exchange membrane fuel cell have been analyzed using computational fluid dynamics. All tested models are three-dimensional, and existing equations are discretized using finite volume method and then solved with computational fluid dynamics techniques, in particular, the SIMPLE algorithm. At the beginning of the simulation process, validation of the base model, the effect of functional parameters such as voltage variations on temperature, species distribution, water activity and distribution of current density and types of losses, including concentration losses were investigated. The initial idea is to design a geometry to eliminate the losses in reactants in the reactor layer. Hence, the polymeric polymer fuel cell geometry with vertical penetration of the reactants has been designed and analyzed in three models with one inlet, two inlets and continuous channel inlet of the reactants. Vertical entry of reaction gases into the porous layer of gas diffusion will significantly increase the penetration and release of the reactants; consequently, decrease in concentration losses and increase in the current density occurs. In order to provide new models and reduce the volume of the collection, in particular, the bi-polar plates and gas flow channels, and its function on the arrangement and configuration of a new set of fuel cells that examine the multiple levels of the connections between the anode and cathode reaction channels which has an effective surface area that responds identically to the base model. In this regard, four geometries are investigated with the interface level of an anode channel with one, two, three, and four cathode channels in different parameters, respectively. The output results indicate that the current and power densities increase with increasing connections. Reducing the primary size and cost are other benefits of this design. The maximum use of the effective reaction surface is another challenge facing new geometries, which is intended to be improved in the next section by presenting another set of new geometries. In this section, new geometries have been introduced to accommodate larger-sized chambers in the middle of the channel called "reactive traps" to make the most of the useful surface of the reaction. The output of the results shows that the use of traps in the flow channel, in comparison with the base geometry, improves penetration and efficiency. A discrete investigation of the multiplicity of traps from one to five traps according to the geometry's longitudinal constraints shows that the placement of two traps along the channel leads to the extremum point in the output current density results but by increasing the traps, the current is declining. Also, the trap length changes are effective in the output results of the current and power of the effective reaction surface unit and increasing the output current sensibly up to the trap length of 8 mm

رامین، فرزین

باهری اسلامی، سیما، استاد راهنما

حسین پور، سیامک، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی