شبیه سازی فرایند انتقال آب در لایه های نفوذ گازی یک پیل سوختی پلیمری با استفاده از شبکه حفره ای
پیل های سوختی پلیمری انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می کنند و تنها محصول جانبی آن ها گرما و آب می باشد. تجمع آب مایع تولید شده درون پیل باعث بسته شدن راه لای? نفوذ گاز و همچنین طغیان پیل خواهد شد. بنابراین مدیریت آب درون پیل سوختی پلیمری یکی از مهمترین موضوعاتی است که در سال های اخیر به آن توجه شده است. آب مایع در سمت کاتد بایستی از طریق عبور از لای نفوذ گاز خود را به کانال گاز برساند و از سیستم خارج شود تا مانع از طغیان پیل شود.
چندین روش شبیه سازی وجود دارد که مکانیزم انتقال آب در لایه نفوذ گاز را مشخص می کند. یکی از این روش ها مدل شبکه حفره ای می باشد که مزیت هایی از قبیل سادگی، زمان کم محاسبات و کاهش هزین محاسبات را نسبت به بقیه روش ها دارا می باشد.
مکانیزم انتقال آب در لای نفوذ گاز را نیروی موئینگی کنترل می کند. تغییر در ساختار لای نفوذ گاز روی نیروی مویینگی اثر می گذارد. بنابرای تغییر در ساختار لای نفوذ گاز ممکن است انتقال آب به خارج از پیل را بهبود بخشد و از کاهش عملکرد پیل جلوگیری کند. در این تحقیق لای نفوذ گاز توسط مدل شبک حفره ای مدل سازی شده-است و همچنین یک لای نفوذ گاز توسعه یافته در نظر گرفته شده است که در آن شعاع متوسط گلوگاه ها و کشش سطحی در عرض شبکه بر اساس بعضی توابع از قبیل تابع خطی و چندجمله ای تغییر می کند.
سپس مهمترین پارامترهای انتقال از قبیل تراوایی نسبی و فشار موئینگی در لای نفوذ گاز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که انتقال آب در لای نفوذ گاز توسعه یافته در مقایسه با یک لای نفوذ گاز معمولی که در آن شعاع متوسط شبکه و کشش سطحی مقادیری ثابت می باشند به نحو قابل ملاحظه¬ای بهبود یافته است. بنابراین این نوآوری باعث جلوگیری از پدید طغیان در پیل سوختی پلیمری خواهد شد.
اساتید راهنما: دکتر علی وطنی، دکتر غلامرضا کریمی
سال انتشار: شهریور 1392
