مدلسازی مرطوب ساز غشایی برای پیل سوختی غشا پلیمری

پایان نامه
چکیده

کنترل رطوبت گازهای واکنشگر پیل سوختی تأثیر بسزایی در عملکرد پیل دارد. آب کم و آب زیاد در غشا سبب افت عملکرد پیل می شود. از این رو برای دست یابی به رطوبت بهینه در پیل مرطوب سازی گازهای واکنشگر هم در سمت آند و هم در سمت کاتد ضروری است. از میان انواع روش های مرطوب سازی، استفاده از مرطوب ساز غشایی به دلیل سادگی ساخت و هندسه، مصرف انرژی کمتر و بازده بیشتر، بهترین روش است. هدف از این پایان نامه مدلسازی عددی و مطالعه پارامتری مرطوب ساز غشایی صفحه ای و نهایتاً طراحی بهینه مرطوب ساز است. مدلسازی این مطالعه شامل دو بخش است: بخش اول مدلسازی تحلیلی و بخش دوم مدلسازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی(cfd). در مدل تحلیلی با نوشتن معادلات حاکم شامل: معادلات انتقال آب در غشا و قانون بقا انرژی در مرطوب ساز، یک دستگاه معادلات غیر خطی تشکیل شده که به روش تکرار، با استفاده از برنامه نویسی فرترن حل گردیده است و تاثیر دبی ها، فشارها و پارامترهای ابعادی مرطوب ساز بر عملکرد آن بررسی شده است. بدین منظور، در هر مرحله، دماهای خروجی، نرخ انتقال آب از غشا، رطوبت نسبی و نقطه شبنم خروجی گاز خشک محاسبه و تحلیل شده اند. هر چه اختلاف نقطه شبنم ورودی سمت مرطوب و خروجی سمت خشک کمتر باشد، عملکرد مرطوب ساز بهتر است. نتایج نشان می دهد افزایش دبی ورودی سمت خشک، سبب افت عملکرد اما افزایش دبی ورودی در سمت مرطوب سبب بهبود عملکرد مرطوب ساز می شود. در صورت استفاده از دبی های مساوی در سمت خشک و سمت مرطوب، افزایش دبی سبب عملکرد ضعیف تر مرطوب ساز خواهد شد. با افزایش فشار ورودی کانال خشک، عملکرد مرطوب ساز بهترمی شود؛ در حالی که فشار ورودی سمت مرطوب اثر قابل توجهی بر عملکرد آن ندارد. هرچه ضخامت غشا کمتر، مساحت غشا بیشتر و قطر هیدرولیکی مقطع ورودی کانال ها کمتر باشد عملکرد مرطوب ساز بهتر است. در مدل سه بعدی مرطوب ساز، معادلات بقای جرم، ممنتم، اجزا و انرژی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی حل شده و توزیع سرعت، فشار، دما و غلظت، در هر مقطعی از کانال در هر سه بعد، خروجی آن می باشد. با توزیع سه بعدی سرعت مشاهده می شود که در دبی های مساوی، در مقاطع مرطوب تر به علت چگالی پایین تر سرعت سیال بیشتر است. نسبت افت فشار در سمت خشک به افت فشار در سمت مرطوب در طول کانال برابر 125/1 به دست می آید. با ارائه توزیع سه بعدی غلظت و دما، نحوه انتقال رطوبت و گرما از میان غشا و توزیع یکنواخت ناشی از آرایش جریان مخالف قابل مشاهده است. در کانال های گاز خشک، دما در وسط کانال ها کمتر و در نزدیک دیواره ها بیشتر است. علت این نوع توزیع دما سرعت کم سیال در نزدیک دیواره هاست که سبب افزایش مدت اقامت گاز و داشتن فرصت بیشتر برای گرفتن گرما می شود. بررسی تأثیر دماهای ورودی نشان می دهد بهترین عملکرد مرطوب ساز در دمای 328 کلوین برای گاز خشک ورودی و دمای 335 کلوین برای گاز مرطوب ورودی اتفاق می افتد. در دماهای بالاتر و پایین تر از این مقادیر عملکرد مرطوب ساز افت می یابد.

منابع مشابه

مطالعه پارامتری عملکرد مرطوب ساز غشایی برای پیل سوختی غشا پلیمری

مرطوب سازی بهینه گازهای واکنشگر پیل سوختی غشا پلیمری تاثیر بسزایی در عملکرد آن دارد. در این مطالعه، یک مدل تحلیلی از مرطوب ساز غشایی برای پیل سوختی غشا پلیمری ارائه و تاثیر دبی¬ها، فشارها و دماهای ورودی مرطوب ساز بر عملکرد آن بررسی شده است. بدین منظور، با نوشتن معادلات حاکم شامل: معادلات انتقال آب در غشا و قانون بقا انرژی در مرطوب ¬ساز، یک دستگاه معادلات غیر خطی تشکیل شده که به روش تکرار، با اس...

متن کامل

بررسی عملکرد یک مرطوب ساز غشایی آب-گاز قابل استفاده در سیستم پیل سوختی پلیمری

گازهای واکنشگر در هنگام ورود به توده پیل سوختی غشاء پلیمری بایستی دارای رطوبت بهینه باشند. مرطوب سازی این گازها به کمک یک مرطوب ساز غشایی صورت می پذیرد. در مطالعه حاضر یک مدل تحلیلی جهت بررسی عملکرد یک مرطوب ساز غشایی آب-گاز مورد استفاده در پیل سوختی ارائه شده است. در ابتدا روابط بقای جرم و انرژی را برای سمت گاز مرطوب ساز اعمال نموده که در نتیجه آن یک دستگاه معادله غیرخطی بر حسب دما و نسبت رطوب...

متن کامل

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...

متن کامل

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...

متن کامل

روش‌های مرطوب‌سازی گازهای واکنشگر پیل سوختی غشا پلیمری

کنترل رطوبت گازهای واکنشگر پیل سوختی تأثیر به‌سزایی در عملکرد پیل دارد. آب کم در غشاء سبب خشکی موضعی غشاء و به‌دنبال آن ایجاد گرادیان‌های دما و تنش‌های مکانیکی و آب زیاد سبب بسته‌شدن بخشی از حفره‌های لایة پخش گاز می‌شود. در هر دو حالت عملکرد پیل افت پیدا می‌کند و از طول عمر آن کم می‌شود. از این‌رو برای دست‌یابی به رطوبت بهینه در پیل، مرطوب‌سازی گازهای واکنشگر هم در سمت آند و هم در سمت کاتد ضرور...

متن کامل

بررسی رفتار انتقال آب در پیل سوختی غشا پلیمری

در این مطالعه، یک مدل دو بعدی و دو فازی پیل سوختی غشا پلیمری به منظور بررسی رفتار انتقال و تغییر فاز آب توسعه داده شده و روش­های مختلف انتقال آب شامل پخش، جابجایی و درگ الکترو - اسمزیک در داخل غشا و تغییر فاز آب در لایه پخش گاز کاتد ارزیابی و تحلیل شده است. بدین منظور، معادلات پیوستگی، ممنتم، بقا اجزا و شارژ به همراه روابط سینتیک الکتروشیمیایی در نواحی مختلف پیل سوختی به صورت کوپل، با یک مد...

متن کامل

منابع من

با ذخیره ی این منبع در منابع من، دسترسی به آن را برای استفاده های بعدی آسان تر کنید

ذخیره در منابع من قبلا به منابع من ذحیره شده

{@ msg_add @}


نوع سند: پایان نامه

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

میزبانی شده توسط پلتفرم ابری doprax.com

copyright © 2015-2023