سیستم پیل سوختی یک سیستم پیشرفته تولید انرژی برای آینده است که پایدار، پاک و دوست دار محیط زیست می باشد. اهمیت پیل سوختی به عنوان سیستم تولید انرژی با توجه به به کاهش ذخایر سوخت فسیلی، وضع قوانین بین المللی برای کنترل گازهای گلخانه ای و سیاست های ملی انرژی های تجدید پذیر مورد بحث قرار می گیرد منابع سوخت فسیلی محدود هستند و در 70 الی 150 سال آینده به اتمام خواهند رسید. تا سال 2015 تقاضای جهانی انرژی سوخت های فسیلی از میزان تولید جهانی آن پیشی خواهد گرفت و بحران کمبود انرژی را بر جای خواهد گذاشت، مگر آنکه تا آن زمان سوخت پایداری برای جایگزین کردن در دسترس قرار بگیرد. پیل سوختی به تدریج در سیستم های انرژی هیبریدی ودر آینده با ظهور اقتصاد هیدروزنی در تامین انرژی سیستم ها وارد خواهد شد.پیل سوختی دستگاهی است الکتروشیمیایی که انرژی شیمیایی حاصل از یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می کند. تبدیل انرژی در پیل سوختی تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. پیل سوختی از نظر تبدیل انرژی با بازدهی بالا و بدون آلودگی، بسیار قابل توجه می باشند. هر ماده ای که قابلیت اکسیداسیون را به طور پیوسته در پیل داشته باشد، می تواند به عنوان سوخت در الکترود آند مصرف کرد. ماده اکسیدکننده سیالی است که بتواند با نرخ مناسبی احیا شود. هزینه ساخت پیل سوختی پلیمری برای کلیه کاربردها شامل فضایی و زمینی اکنون بسیار گران است و برای رقابتی شدن آن، بایستی این هزینه کاهش یابد . کاهش هزینه ها به ترتیب در زمینه کانال گاز، غشای الکترولیتی پلیمری و الکترودهای کاتالیستی( مجموعه غشاء –الکترود ) ،استک پیل سوختی ،پردازش گر پیل سوختی و سیستم تامین هوا خواهد گرفت. در این تحقیق نقش قرار دادن فنر در مجرای تغذیه اکسیژن پیل سوختی غشاء تبادل پروتون (pem) بر افزایش راندمان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق برای بالا بردن میزان انتقال جرم در بخش کاتد که قسمت کنترل کننده ی شدت واکنش است، فنر هایی در مجاری جریان اکسیژن قرار داده شده است. در این کار یک شبیه سازی عددی با استفاده از کد cfdبه منظور پیش بینی و توضیح مشاهدات تجربی انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که حضور فنر در کانال گاز پیل در شدت جریان کم موجب افزایش توان به مقدار %41 می شود،دلیل این افزایش توان را می توان جریان چرخشی ایجاد شده توسط فنر را در سه جهت دانست . این جریان چرخشی می تواند کاملاً در پیش بردن محصول (آب) از ناحیه فعال واکنش اثر گذار باشد و جریان روبه بالایی به سمت تولید می شود که می تواند در جاروب کردن اکسیژن خالص به محل واکنش و بر طرف کردن لایه قطبش غلظتی موثر باشد. این اصلاح الگوی جریان می تواند دلیلی برای افزایش توان تولیدی با مجرای اصلاح شده باشد.

مخلوط کردن سیالات یکی از موضوعات مهم در صنایع می باشد که دارای کاربردهای بسیار زیادی در فرآیندهای مختلف مهندسی شیمی است. در این پایان نامه، مدلسازی cfd و ساخت میکرو راکتور برای بهبود اختلاط در واکنش های شیمیایی که میزان اختلاط در آن ها دارای اهمیت می باشد، بررسی شده است. سه گونه واکنش شیمیایی در این کار مورد مطالعه قرار گرفتند. در مطالعه ی موردی اول برای ارزیابی میزان اختلاط، واکنش رقابتی-موازی به نام villermaux-dushman بررسی شده است. در این قسمت از روش های افزایش اختلاط از جمله استفاده از امواج فراصوت و سیم پیچ فنری درون میکرو راکتور t شکل نیز استفاده گردید. در این نوع واکنش پارامترهای شامل زمان اختلاط، نرخ پراکندگی انرژی و شاخص تفکیک برای بررسی میزان اختلاط تعریف شد. همچنین نتایج آزمایشگاهی نشان داد استفاده از امواج فراصوت یا سیم پیچ فنری در میکرو راکتور، بهبود اختلاط یا کاهش شاخص تفکیک را به دنبال دارد. اگرچه نتایج بیانگر تأثیر بیشتر امواج فراصوت، باتوجه به انرژی مصرفی کم، در مقایسه با سیم پیچ فنری می باشد. برای برررسی دقیق تر مقادیر افت فشار در هرکدام از میکرو راکتورها بررسی و ضمن مقایسه با هم، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی ( (cfdشبیه سازی جریان و واکنش درون میکرو راکتور صورت گرفته است. تحلیل هیدرودینامیک سیالات تأثیر مناسب اختلاط در نقطه ی برخورد و نیز در اطراف سیم پیچ فنری را نشان می دهد. در مطالعه ی موردی دوم میزان اختلاط در واکنش های سری transesterification در میکرو راکتور t شکل مورد مطالعه قرار گرفت. از آنجا که زمان اختلاط در این نوع واکنش ها بسیار بالا می باشد در این کار سعی شد با استفاده از افزایش شدت اختلاط و کاهش زمان اختلاط و بازده تولید بیودیزل افزایش یابد. همچنین برای بررسی اثر روش بهبود دهنده ی اختلاط، سیم پیچ فنری درون میکرو راکتور قرار داده شد. برای برررسی دما، نسبت مولی متانول به روغن و غلظت کاتالیست به عنوان متغیرهای مورد نظر و درصد خلوص بیودیزل به عنوان تابع هدف انتخاب گردید. با بهینه سازی مقدار کاتالیست، دمای واکنش و نسبت مولی متانول به روغن یک مدل درجه دوم جهت پیش بینی درصد خلوص بیودیزل به صورت تابعی از متغیرها ارائه گردید. نتایج آزمایشگاهی در درصد تبدیل یکسان کاهش زمان اقامت سیال در میکرو راکتور مجهز به سیم پیچ فنری را در مقایسه با میکرو راکتور ساده نشان می دهد. در مطالعه موردی سوم میزان اختلاط در میکرو راکتور y شکل در واکنش های ساده رادیکالی مورد مطالعه قرار گرفت. از آنجا که عمل رنگبری در سیستم های تصفیه آب عملیاتی زمان بر است ، بدین منظور از میکرو راکتور به عنوان یک سیستم پیوسته برای کاهش زمان عملیات رنگبری از طریق افزایش اختلاط استفاده شد. دراین قسمت فرآیند فنتون و ksp بعنوان یکی از روش های فرآیندهای اکسایش پیشرفته مورد استفاده قرار گرفت. همچنین ماده ی رنگی dr16 که در بیشتر پساب های صنعتی بعنوان آلاینده وجود دارد انتخاب و کارایی میکرو راکتور براساس زمان رنگبری و میزان حذف رنگ ارزیابی شد. برای ارزیابی عملکرد میکرو راکتور پارامترهای عملیاتی از جمله ph، غلظت رنگ اولیه، دبی جریان و میزان غلظت اکسنده ها (هیدروژن پراکساید و یون آهن) مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج آزمایشگاهی می توان نقش میکرو راکتور را در کاهش زمان تصفیه پساب را بعنوان شاخصی کلیدی در عملیات تصفیه آب را مشاهده کرد.