تحليل عملكرد پيل سوختي تبادل پروتون غشائي با استفاده از محيط متخلخل

كارشناسي ارشد

محوريت اصلي اين پايان‌نامه در راستاي تحليل و شبيه سازي سلول هاي سوختي تبادل پروتون غشائي (PEM) است. اين شبيه‌سازي با هدف تحليل انتقال حرارت در صورت استفاده از محيط متخلخل در كانال جريان گاز (Gas flow channel) اين سلول‌هاي سوختي صورت گرفته شده است. ابتدا با استفاده از يك لايه‌ي هموار از محيط متخلخل، سعي در بهبود انتقال حرارت جابه‌جايي شده است. اين عمل بر پايه‌ي اين اصل استوار است كه افزايش سطوح انتقال حرارت باعث بهبود انتقال حرارت مي‌شود. اين بهبود البته با توجه به اصلاح پروفيل‌هاي سرعت و دما صورت مي‌گيرد. اين اصلاح مي‌تواند از دو طريق ايجاد تغييرات در هندسه‌ي موانع متخلخل استفاده شده در كانال گاز و يا اعمال تغييرات در نفوذ پذيري و درصد تخلخل به دست آيد. نتايج حاكي از تأثيرات به‌سزاي ايجاد موانع موجي (عدد ناسلت 4/15 با موانع متخلخل) در قياس با موانع ذوزنقه‌اي و تخت (عدد ناسلت 2/4 با موانع جامد) است. البته با انجام شبيه‌سازي‌ها، اين نتيجه نيز حاصل گرديد كه افزايش نفوذپذيري و كاهش درصد تخلخل باعث بهبود انتقال حرارت مي‌شوند. قابل ذكر است كه در اين تحليل از لايه‌ي MPL نيز به منظور كنترل آب ورودي به درون سلول استفاده گرديد. با توجه به اين‌كه افزايش انتقال حرارت و عدد ناسلت (Nu) به تنهايي معيار طراحي بهينه نيستند و درنظرگرفتن فاكتور اصطكاك به همراه اين عدد بسيار حائز اهميت است، تحليل‌هاي مربوط به اين پارامتر نيز ارائه گرديد و با معرفي پارامتر PEC ، به بهينه‌سازي اين سيستم پرداخته شد. در آخرين بخش اين پايان‌نامه با توجه به اين‌كه مسئله ذاتا نياز به بهينه‌سازي و پيداكردن مقاديري خاص براي پارامترهاي هندسي و خواص دارد، از شبكه‌هاي عصبي مصنوعي براي مدل‌سازي سيستم و پيدا كردن اين مقادير استفاده شد. سپس با استفاده از مدل توليد شده توسط اين شبكه‌ها به توليد داده‌هاي لازم در راستاي تحليل حساسيت و يافتن درصد تأثير هر كدام از پارامترهاي ورودي بر خروجي پرداخته شد. نتايج حاكي از تأثير چشم‌گير %96 ارتفاع لايه‌هاي هموار به علاوه‌ي تأثيرهاي %46 ارتفاع پاييني موانع ذوزنقه‌اي بر ناسلت خروجي هستند.

192831

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر مجيد سياوشي

تبديل انرژي

دكتر مهدي مقيمي