شبیه سازی فرآیند زمان تخلیه در تک سل انتهایی پیل سوختی انتها بسته کاتدی

این پایان نامه، شبیه سازی عددی و ترمودینامیکی پیل های سوختی پلیمری انتها بسته کاتدی را ارائه می نماید. این نوع پیل های سوختی که به سبب دمای پایین، جامد بودن غشاء و مشکلات زیست محیطی کم تر، به طور قابل ملاحظه ای در مقایسه با سایر انواع پیل های سوختی دارای جذابیت می باشند، امروزه از نظر کاربرد در موارد خاصی مانند محیط های بسته و به ویژه استفاده در کاربردهای رادارگریز، مورد توجه قرار گرفته اند. پیل های سوختی پلیمری که در حالت انتها بسته کار می کنند، به دلیل حدف سیستم های چرخش سوخت و رطوبت زن های خارجی، از نظر وزن، حجم و هزینه نسبت پیل های سوختی معمولی شرایط بهتری دارند. البته کارکردن در حالت انتها بسته مشکلاتی را در زمینه مدیریت آب و در نتیجه عملکرد الکتریکی سیستم به وجود می آورد که مدیریت مناسب بر روی زمان تخلیه در این نوع پیل های سوختی مشکلات نام برده را برطرف می سازد. شایان ذکر است که استفاده از پیل های سوختی انتها بسته شرایطی را فراهم می نماید تا سوخت و اکسیدکننده به میزان مصرف وارد پیل سوختی شوند. در بیشتر موارد قسمت آند در پژوهش ها به عنوان سمت بسته مورد مطالعه قرار می گیرد اما در مطالعه حاضر قسمت کاتد پیل سوختی به عنوان سمت بسته در نظر گرفته شده است. در واقع، تعیین زمان مناسب برای تخلیه در این نوع از پیل های سوختی باعث بهبود عملکرد سیستم می شود که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. انباشتگی آب در پیل های سوختی انتها بسته کاتد که بیشتر از سمت آند است، تأثیر منفی بر روی عملکرد و ولتاژ سل دارد. بنابراین، مدیریت گاز و آب در این دسته از پیل های سوختی مهم بوده و زمان شروع تخلیه و مدت زمان آن روی عملکرد سل تأثیرگذار خواهد بود؛ لذا، میزان تأثیر انسداد لایه ی پخش گاز و کانال با آب انباشته شده بر روی عملکرد سل و افت ولتاژ آن و همچنین زمان تخلیه ی آب انباشته شده در این پژوهش مورد بررسی قرارگرفته، شرایط عملکردی پیل سوختی در قالب منحنی هایی ارائه شده است. در این شبیه سازی، کانال مستقیم کاتد و لایه پخش گاز به عنوان فضای محاسباتی در نظر گرفته شده و از مدل مخلوط چندفازی برای مدل کردن کسر جرمی اشباع استفاده شده است. به منظور دست یابی به این مهم، از روش عددی حجم محدود و تحلیل ترمودینامیکی برای شبیه سازی استفاده شده است. براساس تحلیل ترمودینامیکی، منحنی افت ولتاژ برای چگالی جریآن ها، دماها و سطوح فعال مختلف مورد بررسی قرارگرفته است. در شبیه سازی عددی نیز منحنی های افت ولتاژ برجسب زمان مورد مطالعه قرار گرفته و کیفیت مناسبی را نشان داده است. با تحلیل این نمودارها، زمان مناسب برای تخلیه مورد بررسی قرار گرفت که مهم ترین پارامتر در پیل های سوختی انتها بسته است.