طراحی، تحلیل و بهینه سازی جریان چند فازی در اجکتور پیل سوختی غشا پلیمری

پیل سوختی یک وسیله الکتروشیمیایی است که با انتقال گازهای واکنشگر ( اکسیژن و هیدروژن) در آن، انرژی شیمیایی یک سوخت به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. دیگر محصولات تولیدی در پیل سوختی آب و گرما بوده که به بیرون از پیل انتقال می یابد. در این رساله، سیستم تغذیه سوخت آند پیل سوختی غشا پلیمری به وسیله اجکتور نازل همگرا، مطالعه شده است. این سیستم برای کاهش توان پارازیتی پیل، بازگشت دوباره سوخت و استفاده از انرژی پتانسیل فشاری مخزن سوخت بسیار موثر است. با انتخاب یک مدل دو بعدی تقارن محوری تک فاز و دوفاز برای اجکتور، معادلات حاکم شامل: بقا جرم، ممنتم، انرژی و ... با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل شده اند و مدل عددی حاضر با نتایج تحلیلی موجود در مقالات مقایسه و صحت شبیه سازی عددی تائید شده است. برای بررسی تاثیر آب مایع در جریان ثانویه اجکتور، نتایج عددی جریان تک فاز با نتایج جریان دوفاز مقایسه شده است و نتایج نشان می دهد که از مقدار ناچیز آب مایع می توان صرفه نظر کرد و تحلیل اجکتور به صورت تک فاز مورد صحت مسئله واقع می شود. پس از تحلیل جریان درون اجکتور به بهینه سازی پارامترهای هندسی اجکتور در جهت افزایش عملکرد آن توسط شبکه های عصبی و الگوریتم ژنتیک پرداخته شده است. در این رساله نیز تاثیر پارامترهای عملکردی پیل شامل افت فشار گاز در کانال سوخت سمت آند، فشار عملکرد پیل سوختی و دمای عملکرد پیل بر عملکرد اجکتور بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش افت فشار پیل، عملکرد اجکتور بهبود یافته و حتی در فشار جریان اولیه پایین تر، افزایش عملکرد بهتر خواهد بود این مزیت خوبی می باشد که در فشار پایین تر ماکزیمم نسبت دبی جرمی جریان ثانویه به جریان اولیه بدست می آید. با افزایش فشار و دمای کارکرد پیل نیز عملکرد اجکتور بهتر خواهد شد؛ هر چند که حساسیت عملکرد اجکتور به افزایش فشار کارکرد، بسیار بیشتر است. در آخر نیز عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری با استفاده از سیستم تغذیه سوخت اجکتوری و کمپرسوری مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که سیستم تغذیه سوخت اجکتوری تاثیر به سزایی بر راندمان پیل سوختی غشا پیلمری دارد.