مطالعه عددی و سه بعدی پیل سوختی غشاء پلیمری و تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد آن

امروزه با توجه به منابع محدود سوخت های فسیلی، مشکلات ناشی از آلودگی هوا و گرم شدن کره زمین استفاده از منابع جدید انرژی و انرژی های تجدید پذیر بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. یکی از این منابع پیل های سوختی است که طی یک فرایند الکترو شیمیایی جریان الکتریسیته تولید می کند. در میان چندین نوع پیل سوختی، پیل سوختی غشاء پلیمری (pemfc) به دلیل دمای عملکردی نسبتا پایین، بازده انرژی بالا و سطح آلودگی پائین از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تحقیق حاضر تک سل پیل سوختی پلیمری تحت شرایط سه بعدی، هم دما، تک فاز و پایدار مدل سازی شده است. یکی از عوامل موثر در عملکرد پیل های سوختی با غشاء پلیمری، نحوه رسیدن گاز های واکنشگر به لایه کاتالیست از طریق کانال های انتقال گاز است، لذا هندسه کانال به طور قابل توجه ای در طراحی بهینه پیل سوختی تأثیر می گذارد. در مطالعه حاضر تأثیر تغییر هندسه سطح مقطع کانال های عبور جریان از حالت پایه مستطیل با حفظ مساحت به مربع، ذوزنقه، مثلث و نیم دایره بر روی عملکرد پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین پارامتر های عملکردی از جمله دما و فشار بر روی کارائی پیل سوختی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد کانال با مقاطع نیم دایره، مثلث و ذوزنقه به علت افزایش نفوذ اجزاء واکنش دهنده در لایه کاتالیست به-ترتیب باعث افزایش عملکرد پیل به میزان 11%، 7%، 5/4% در چگالی جریان های بالا می شوند و کانال با مقطع مربع به علت کاهش نفوذ اجزاء واکنش دهنده سبب کاهش عملکرد پیل به میزان 8% نسبت به کانال مستطیلی می شود. همچنین افزایش دما و فشار باعث بهبود عملکرد پیل می شود. نتایج عددی در مقایسه با داده های تجربی از تطابق خوبی برخوردار می باشد.