طراحی و مدلسازی سیستم پیشرانش هیبرید پیل سوختی- الکتریکی برای کاربرد دریایی

زیردریایی های متداول امروزی معمولا دارای یک سیستم دیزل- الکتریکی (ترکیب یک موتور از نوع دیزل به همراه باطری‏های قابل شارژ) می باشند. به منظور شارژ باطری ها، زیردریایی، می بایست به فراوانی بر روی سطح آب آمده تا توسط ژنراتور (بوسیله موتور دیزل تنفس هوایی متصل به آن) شارژ گردد. در این شرایط احتمال ردیابی و آسیب به زیردریایی به شدت وجود دارد. با توجه به این موضوع، سیستم های پیشرانش مستقل از هوای محیط (aip) امروزه در حالت توسعه و تحقیق می باشند. در پایان نامه حاضر یک سیستم پیشران هیبرید پیل سوختی-الکتریکی برای کاربردهای دریایی و به خصوص زیردریایی ها طراحی و مدل سازی شده است. طراحی و مدل سازی این سیستم با استفاده از امکانات برنامه نویسی نرم افزار متلب انجام شده و شبیه سازی آن در محیط سیمولینک این نرم افزار صورت گرفته است. مدل سازی انجام شده یک مدل نیمه تجربی است. تحقیق حاضر در دو بخش ارائه شده است. ابتدا سیستم مورد نیاز برای بکارگیری پیل سوختی پلیمری در سیستم پیشرانش یک زیردریایی با دامنه توان مشخص طراحی می‏شود. با مشخص بودن اجزاء بکار رفته در این سیستم، معادلات حاکم که شامل معادلات الکتروشیمیایی و حرارتی- سیالاتی است به صورت کلی برای اجزای مختلف سیستم استخراج و مدلسازی شده به گونه ای که مدل توسعه یافته قادر به تعیین پارامترهای ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی در شرایط عملکردی مختلف سیستم پیشرانش می باشد. در این بخش استک پیل سوختی و اجزای جانبی و زیرسیستم های مورد نیاز برای کارکرد همراه استک مورد مطالعه قرار می‏گیرد. بدین منظور نحوه عملکرد هر کدام از این اجزا و تأثیر پارامترهای مهم از جمله دما و فشار بر عملکرد هر کدام به خصوص استک پیل سوختی که به منزله قلب سسیتم است، مورد بررسی قرار می گیرد. اجزایی که توان اضافی مصرف می کنند از جمله این قسمت ها هستند. در قسمت دوم با استفاده از معادلات بدست آمده و شبیه سازی آنها در محیط سیمولینک نرم افزار متلب رفتار سیستم هیبرید مورد بررسی قرار گرفته است. رفتار سیستم با تغییر بار و اندرکنش بین باطری و پیل سوختی به منظور کنترل سیستم از نتایج این تحقیق استخراج گردیده است. شبیه سازی سیستم طراحی شده به کاربر امکان مشاهده اثر تغییرات هر یک از پارامترها بر نتیجه نهایی و راندمان سیستم را می دهد که این امر امکان طراحی بهتر و دقیق تر را قبل از ساخت فراهم می کند. نتایج نشان می دهد که تغییر برخی پارامترها مانند فشار و دما بر راندمان سیستم اثر قابل توجهی دارد. کنترلر دما از افزایش بیش از اندازه دمای سیستم و در نتیجه آسیب دیدن آن جلوگیری می کند. همچنین با استفاده از سیستم کنترلی مناسب برای توان، سیستم های پیشران با قابلیت مانورپذیری بالاتر قابل دستیابی است.