بهینه سازی میدان جریان خنک کاری پیل سوختی غشا پلیمری

thesis
abstract

پیل سوختی از تکنولوژی های جدیدی می باشد که از سازگاری خوبی با محیط زیست برخوردار است و عمل تبدیل انرژی در آن با بازدهی بالا صورت می پذیرد. در میان انواع پیل سوختی، پیل سوختی غشا پلیمری به دلیل چگالی توان بسیار بالا، قابلیت شروع به کار سریع و عملکرد در دمای پایین، در صنایع خودروسازی، نیروگاهی، مولد انرژی قابل حمل، تجهیزات مخابراتی، برق خانگی و کاربردهای نظامی مورد استفاده و توجه زیادی قرار گرفته است. پیل سوختی انرژی شیمیایی نهفته در سوخت را تحت یک واکنش شیمیایی، مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و محصول نهایی، الکتریسیته، آب و حرارت می باشد. گرمای تولیدی در پیل های غشا پلیمری به دلیل داشتن بازده گرمایی حدود 40%-50%، برابر یا حتی بیشتر از الکتریسیته تولیدی است. تکنولوژی پیل سوختی جهت تجاری شدن با چالش های متفاوتی درگیر است که در این میان مدیریت صحیح گرمای آن یکی از معضلات اساسی بوده که باید مرتفع گردد. این امر به وسیله مدیریت حرارتی بهینه و دفع گرمای تولیدی پیل در ولتاژهای کاری مختلف، دستیابی به توزیع دمای یکنواخت در توده پیل و دستیابی به حداقل نرخ افت فشار سیال خنک کننده محقق می شود. بهینه سازی سیستم مدیریت حرارت پیل موجب ایجاد دمای یکنواخت در سطح پیل، حفظ رطوبت واکنشگرها و غشا در حد مطلوب، افزایش دوام و پایداری غشا، کاهش توان اتلافی، افزایش توان خروجی، کاهش هزینه ها، بهبود عملکرد و افزایش راندمان پیل می گردد. در این رساله، پیل غشا پلیمری توسط آب مایع سیرکوله شده در کانال های خنک کاری تعبیه شده در میدان جریان خنک کاری ایجاد شده در صفحات خنک کاری، خنک میگردد. جریان سیال خنک کننده و انتقال حرارت در صفحات خنک کاری با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شده اند. عملکرد طرح های مختلف میدان جریان خنک کننده بر اساس شاخصه های دمای ماکزیمم سطح، یکنواختی دما، اختلاف دمای سطح، افت فشار و ... با یکدیگر مقایسه شده است. بهینه سازی طرح میدان جریان خنک کاری با تغییر آرایش، شکل هندسی، تعداد و ابعاد کانال ها انجام شده است. نشان داده می شود در بین چندین طرحی که برای میدان های دارای کانال های موازی ارائه شدند، میدان جریان خنک کاری با کانال های موجی شکل و کانال های مستقیم با سطح مقطع ذوزنقه ای شکل پتانسیل این را دارند که به عنوان میدان جریان خنک کاری استفاده شوند. هر چند که بین این دو مدل باید مصالحه ای بین افت فشار و شاخص های دمایی انجام گردد. در بین انواع میدان های خنک کاری مارپیچی، میدان های مارپیچی چند مسیره مطلوبترین میدان های جریان خنک کاری به منظور توزیع یکنواخت دما در سرتاسر سطح فعال هستند. علاوه بر این امکان بهبود بیشتر یکنواختی دما در این میدان ها، از طریق کنترل مناسب مقدار دبی ورودی خنک کننده در مسیرهای میدان جریان خنک کاری، وجود دارد. علاوه بر این، نشان داده می شود میدان جریان متخلخل با ساختار فوم فلزی، پتانسیل این را دارد که به عنوان میدان جریان خنککننده برای بهبود عملکرد توده پیل انتخاب گردد.

similar resources

بررسی عملکرد میدان های مختلف جریان خنک کاری با کانال های موازی در پیل سوختی غشا پلیمری

در پیل های سوختی غشا پلیمری بیش از نیمی از انرژی شیمیایی هیدروژن، در طی تولید الکتریسیته به گرما تبدیل می گردد. در صورت دفع نامناسب این گرما، عملکرد و پایداری پیل آسیب میبیند. در این مقاله، چندین طرح مختلف کانال های موازی برای میدان جریان خنک کاری در پیل غشا پلیمری پیشنهاد شده و انتقال حرارت در صفحات خنک کاری با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. عملکرد طرح های پیشنهادی بر اس...

full text

بررسی عملکرد میدان های مختلف جریان خنک کاری با کانال های موازی در پیل سوختی غشا پلیمری

در پیل های سوختی غشا پلیمری بیش از نیمی از انرژی شیمیایی هیدروژن، در طی تولید الکتریسیته به گرما تبدیل می گردد. در صورت دفع نامناسب این گرما، عملکرد و پایداری پیل آسیب میبیند. در این مقاله، چندین طرح مختلف کانال های موازی برای میدان جریان خنک کاری در پیل غشا پلیمری پیشنهاد شده و انتقال حرارت در صفحات خنک کاری با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. عملکرد طرح های پیشنهادی بر اس...

full text

مدل‌سازی سه بعدی و گذرای پیل سوختی غشا پلیمری با میدان جریان پینی

در پژوهش حاضر، یک مدل سه بعدی و گذرای پیل سوختی غشا پلیمری با میدان جریان پینی بررسی شده است. با حل عددی معادلات دیفرانسیل حاکم شامل معادلات بقای جرم، بقای ممنتم، بقای گونه­ها، بقای بار الکتریکی و بقای انرژی همراه با معادلات واکنش­های الکتروشیمیایی، رفتار گذرای پیل بررسی شده است. ارائه نتایج مربوط به پارامترهای اساسی همچون چگالی جریان الکتریکی، توزیع غلظت گونه­های شیمیایی، توزیع سرعت و خطوط جری...

full text

استفاده از فوم فلزی در پیل سوختی غشا پلیمری

در این مقاله، استفاده از فوم فلزی به‌عنوان توزیع‌کنندة گازهای واکنشگر و سیال خنک‌کننده، به‌منظور توزیع یکنواخت گازهای واکنشگر و دما، کاهش وزن، صرفه‌جویی در هزینة ماشین‌کاری کانال‌های جریان و عملکرد بهتر پیل سوختی غشا پلیمری مطرح و بررسی شده است. معادلات حاکم بر جریان گازهای واکنشگر در نواحی گوناگون پیل (اعم از معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم، اجزاء، شارژ و انرژی به‌همراه روابط الکتروشیمیایی)، همچ...

full text

تحلیل عملکرد سامانه پیل سوختی غشا پلیمری در خودرو

در این مطالعه، یک نوع پیل سوختی غشا پلیمری برای کاربرد در خودرو تحلیل گردیده و در این راستا متغیرهای اثر گذار بر عملکرد پیل از قبیل درصد رطوبت، نرخ جریان، دما و فشار گازهای ورودی و همچنین مدیریت آب و حرارت که از چالش‌های اصلی این پیل‌ها می‌باشد، بررسی شده است. بدین منظور، معادلات پیوستگی، مقدار حرکت ، بقا اجزای، انرژی و شارژ به همراه روابط سینتیک الکتروشیمیایی در نواحی مختلف پیل به صورت الگوی ت...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


document type: thesis

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه اصفهان - دانشکده مهندسی

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023