مدلسازی cfd و ساخت پیل سوختی غشاء تبادل پروتونی

سیستم پیل سوختی یک سیستم پیشرفته تولید انرژی برای آینده است که پایدار، پاک و دوست دار محیط زیست می باشد. اهمیت پیل سوختی به عنوان سیستم تولید انرژی با توجه به به کاهش ذخایر سوخت فسیلی، وضع قوانین بین المللی برای کنترل گازهای گلخانه ای و سیاست های ملی انرژی های تجدید پذیر مورد بحث قرار می گیرد منابع سوخت فسیلی محدود هستند و در 70 الی 150 سال آینده به اتمام خواهند رسید. تا سال 2015 تقاضای جهانی انرژی سوخت های فسیلی از میزان تولید جهانی آن پیشی خواهد گرفت و بحران کمبود انرژی را بر جای خواهد گذاشت، مگر آنکه تا آن زمان سوخت پایداری برای جایگزین کردن در دسترس قرار بگیرد. پیل سوختی به تدریج در سیستم های انرژی هیبریدی ودر آینده با ظهور اقتصاد هیدروزنی در تامین انرژی سیستم ها وارد خواهد شد.پیل سوختی دستگاهی است الکتروشیمیایی که انرژی شیمیایی حاصل از یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می کند. تبدیل انرژی در پیل سوختی تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. پیل سوختی از نظر تبدیل انرژی با بازدهی بالا و بدون آلودگی، بسیار قابل توجه می باشند. هر ماده ای که قابلیت اکسیداسیون را به طور پیوسته در پیل داشته باشد، می تواند به عنوان سوخت در الکترود آند مصرف کرد. ماده اکسیدکننده سیالی است که بتواند با نرخ مناسبی احیا شود. هزینه ساخت پیل سوختی پلیمری برای کلیه کاربردها شامل فضایی و زمینی اکنون بسیار گران است و برای رقابتی شدن آن، بایستی این هزینه کاهش یابد . کاهش هزینه ها به ترتیب در زمینه کانال گاز، غشای الکترولیتی پلیمری و الکترودهای کاتالیستی( مجموعه غشاء –الکترود ) ،استک پیل سوختی ،پردازش گر پیل سوختی و سیستم تامین هوا خواهد گرفت. در این تحقیق نقش قرار دادن فنر در مجرای تغذیه اکسیژن پیل سوختی غشاء تبادل پروتون (pem) بر افزایش راندمان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق برای بالا بردن میزان انتقال جرم در بخش کاتد که قسمت کنترل کننده ی شدت واکنش است، فنر هایی در مجاری جریان اکسیژن قرار داده شده است. در این کار یک شبیه سازی عددی با استفاده از کد cfdبه منظور پیش بینی و توضیح مشاهدات تجربی انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که حضور فنر در کانال گاز پیل در شدت جریان کم موجب افزایش توان به مقدار %41 می شود،دلیل این افزایش توان را می توان جریان چرخشی ایجاد شده توسط فنر را در سه جهت دانست . این جریان چرخشی می تواند کاملاً در پیش بردن محصول (آب) از ناحیه فعال واکنش اثر گذار باشد و جریان روبه بالایی به سمت تولید می شود که می تواند در جاروب کردن اکسیژن خالص به محل واکنش و بر طرف کردن لایه قطبش غلظتی موثر باشد. این اصلاح الگوی جریان می تواند دلیلی برای افزایش توان تولیدی با مجرای اصلاح شده باشد.