بررسی عددی نقش تغییر فاز بخارآب در توزیع جریان اکسیژن در استک پیل‌سوختی پلیمری

در یک پیل‌سوختی پلیمری، رسانایی پروتونی غشا به میزان رطوبت وابسته بوده و استفاده از گازهای واکنش‌دهنده در حالت اشباع می‌تواند عملکرد پیل‌سوختی را بهبود بخشد. انتقال حرارت گاز واکنش‌دهنده با دیوار استک باعث چگالش بخشی از بخار آب موجود در گاز ورودی می‌شود. تغییر فاز، توزیع جریان گاز در میان سلول‌های استک را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در این مقاله از دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی تاثیر تغییر فاز بخار آب در توزیع جریان گاز اکسیژن در بخش کاتد یک استک پیل‌سوختی پلیمری با 26 سلول استفاده شده است. به همین منظور، کدی در نرم‌افزار OpenFOAM توسعه یافته و با داده‌های آزمایشگاهی برای توزیع جریان تک‌فاز اعتبارسنجی شده است. سه شرط مرزی متفاوت به دیوار منیفولد اعمال شده است: دماثابت، انتقال حرارت جابه‌جایی آزاد و اجباری. نتایج نشان می‌دهد که آب تولیدی از چگالش بر روی دیوار پایین منیفولد وارد سلول اول می‌شود. همچنین تجمع آب در این ناحیه باعث کاهش سرعت جریان در ورودی سلول اول می‌گردد. آب چگالیده شده بر روی دیوار بالایی منیفولد به انتهای استک هدایت می‌شود. بخشی از آن وارد چهار سلول انتهایی شده و بخشی دیگر به دلیل گردابه به درون منیفولد بازمی‌گردد. بنابراین سلول اول و چهار سلول آخر مقدار کمتری واکنش‌دهنده دریافت می‌کنند. پارامتر توزیع غیریکنواخت جریان در حالت استفاده از اکسیژن اشباع و تحت شرایط جابه‌جایی اجباری 1425 درصد افزایش خواهد یافت.