مدل سازی و بهینه سازی تولید الکتریسیته با پیل های سوختی تبادل پروتونی با سوخت هیدروژن با تغییر پارامترهای عملیاتی

در کار حاضر پیل سوختی غشاء تبادل پروتونی تک کاناله به صورت سه بعدی مدل سازی شده است. به منظور مدل سازی معادلات نفوذ، مومنتم و انتقال جرم برای سمت کاتد و آند نوشته و به صورت همزمان حل می شود. سینتیک انتخابی برای واکنش ها با توجه به کاتالیست پلاتین انتخاب شده است. مدل سازی توسط نرم افزار انسیس فلوئنت ویرایش 15 انجام شد و شبیه سازی صورت گرفت. درنهایت منحنی پلاریزاسیون آن رسم گردید. همچنین نتایج مدل به صورت کانتورهای غلظت مولی، دما، آنتالپی و آنتروپی آورده شد. در ادامه تحلیل اگزرژی روی سیستم پیل سوختی صورت گرفت و نمودارهای مربوط به کار، برگشت ناپذیری و بازده ی اگزرژی رسم شدند. نتایج حاکی از آن هستند که افزایش دما و فشار و کاهش ضخامت غشاء موجب افزایش کار و بازده اگزرژی و کاهش برگشت ناپذیری می شوند. همچنین با افزایش چگالی جریان، ابتدا کار افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین افزایش چگالی جریان موجب افزایش برگشت ناپذیری و کاهش بازده ی اگزرژی می شود. در ادامه، بهینه سازی تک هدفه ی چهار متغیره با هدف حداکثر کردن کار گرفته شده از سیستم و بازده اگزرژی و حداقل کردن برگشت ناپذیری ترمودینامیکی با استفاده از نرم افزار متلب و شاخه الگوریتم ژنتیک آن انجام گردید. همچنین بهینه سازی چندهدفه ی چهار متغیره نیز صورت گرفت.